KR101767654B1 - Semicondctor devices having through electrodes insulated by air gaps and methods for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 활성면과 그 반대면인 비활성면을 포함하는 기판과, 상기 기판을 관통하는 관통전극과, 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 제공된 트렌치와, 그리고 상기 기판의 비활성면을 덮으며, 상기 트렌치의 내부로 확장되어 상기 트렌치의 내부에 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 에어 갭을 형성하는 하부절연막을 포함할 수 있다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and includes a substrate including an active surface and an inactive surface opposite thereto, a penetrating electrode penetrating the substrate, a trench provided between the substrate and the penetrating electrode, And a lower insulating layer covering the inactive surface of the substrate and extending to the inside of the trench to form an air gap between the substrate and the penetrating electrode in the trench.

Figure 112011037463751-pat00001
Figure 112011037463751-pat00001

Description

에어 갭 절연 구조를 갖는 관통전극을 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법{SEMICONDCTOR DEVICES HAVING THROUGH ELECTRODES INSULATED BY AIR GAPS AND METHODS FOR FABRICATING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a semiconductor device having a through electrode having an air gap insulation structure,

본 발명은 반도체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에어 갭 절연 구조를 갖는 관통전극을 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor, and more particularly, to a semiconductor device having a penetrating electrode having an air-gap insulating structure and a manufacturing method thereof.

반도체 기판을 관통하는 관통전극(TSV) 기술이 진화해 오고 있다. 관통전극은 반도체 기판을 관통하는 것이므로 반도체 기판과의 절연 특성을 향상시키는 필요성이 있다. 종래에는 반도체 기판과 관통전극 간의 절연을 위해 관통전극의 측벽을 따라 산화막을 형성하는 것이 전형적이었다.(TSV) technology that penetrates a semiconductor substrate has evolved. Since the penetrating electrode penetrates the semiconductor substrate, there is a need to improve the insulating property with the semiconductor substrate. Conventionally, an oxide film is formed along the sidewalls of the penetrating electrode for insulation between the semiconductor substrate and the penetrating electrode.

관통전극의 빠른 동작 특성 요구에 따라 절연막은 두께 증가가 필요할 수 있다. 절연막의 두께가 증가하게 되면 스트레스가 증가할 수 있고, 관통전극의 종횡비가 따라 스텝 커버리지가 감소될 수 있어 절연막 두께의 증가는 제한이 있을 수 있다. 또한, 반도체 소자의 축소화에 따라 관통전극의 크기, 가령 관통전극이 원통 형상인 경우 그 직경이 작아짐에 따라 절연막의 두께 마진을 확보하기 어려울 수 있다. 이에 따라 관통전극의 특성이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.The thickness of the insulating film may need to be increased according to the demand for quick operation characteristics of the penetrating electrode. As the thickness of the insulating film increases, the stress may increase, and the step coverage may be decreased along the aspect ratio of the penetrating electrode, so that the increase in the thickness of the insulating film may be limited. In addition, as the semiconductor device is reduced in size, the size of the penetrating electrode, for example, when the penetrating electrode has a cylindrical shape, can be difficult to ensure the thickness margin of the insulating film as the diameter becomes smaller. As a result, the characteristic of the penetrating electrode may be deteriorated.

본 발명은 종래 기술에서의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 절연 특성 내지 전기적 특성이 우수한 관통전극을 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a penetrating electrode having an excellent insulating characteristic and an excellent electrical characteristic, and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 실시예에 따른 반도체 소자는: 활성면과 그 반대면인 비활성면을 포함하는 기판과; 상기 기판을 관통하는 관통전극과; 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 제공된 트렌치와; 그리고 상기 기판의 비활성면을 덮으며, 상기 트렌치의 내부로 확장되어 상기 트렌치의 내부에 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 에어 갭을 형성하는 하부절연막을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate including an active surface and an inactive surface opposite to the active surface; A penetrating electrode passing through the substrate; A trench provided between the substrate and the penetrating electrode; And a lower insulating layer covering the inactive surface of the substrate and extending into the trench to form an air gap between the substrate and the penetrating electrode in the trench.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 하부절연막은: 상기 기판의 비활성면을 덮는 외부 절연막과; 그리고 상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치의 내부로 확장되고, 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이루는 내부 절연막을 포함할 수 있다.In the element of the present embodiment, the lower insulating film includes: an external insulating film covering the inactive surface of the substrate; And an inner insulating film extending from the outer insulating film to extend into the trench and forming a wall defining the air gap.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 관통전극과 상기 내부 절연막 사이에 제공되어 상기 관통전극의 측벽을 둘러싸는 라이너막을 더 포함할 수 있다.The device of the present embodiment may further include a liner film provided between the penetrating electrode and the inner insulating film and surrounding the sidewall of the penetrating electrode.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 기판은 상기 트렌치에 의해 상기 관통전극과 이격된 내표면을 포함할 수 있다. 상기 기판의 내표면과 상기 내부 절연막 사이에 제공되어 상기 기판의 내표면을 덮는 라이너막을 더 포함할 수 있다.In the device of this embodiment, the substrate may include an inner surface spaced apart from the penetrating electrode by the trench. And a liner film provided between the inner surface of the substrate and the inner insulating film to cover the inner surface of the substrate.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 기판의 활성면을 덮는 상부절연막을 더 포함할 수 있다. 상기 트렌치는 상기 기판의 비활성면을 향하는 일측이 개방되고 상기 기판의 활성면을 향하는 타측이 상기 상부절연막에 의해 밀폐될 수 있다.The device of this embodiment may further include an upper insulating film covering the active surface of the substrate. The trench may be opened at one side toward the inactive side of the substrate and the other side toward the active side of the substrate may be closed by the top insulating film.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 기판과 상기 상부절연막 사이에 제공된 층간절연막을 더 포함할 수 있다. 상기 관통전극은 상기 층간절연막을 더 관통할 수 있다.The device of this embodiment may further include an interlayer insulating film provided between the substrate and the upper insulating film. The penetrating electrode may further penetrate the interlayer insulating film.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 에어 갭은 상기 기판의 비활성면 및 활성면 사이에서 상기 관통전극의 측벽을 따라 수직하게 연장될 수 있다.In the device of this embodiment, the air gap may extend vertically along the sidewalls of the penetrating electrode between the inactive surface and the active surface of the substrate.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 에어 갭은 상기 기판의 비활성면 및 상기 상부절연막 사이에서 상기 관통전극의 측벽을 따라 수직하게 연장될 수 있다.In the element of the present embodiment, the air gap may extend perpendicularly along the side wall of the penetrating electrode between the inactive surface of the substrate and the upper insulating film.

본 실시예의 소자에 있어서, 상기 하부절연막은 제1 하부절연막과 제2 하부절연막을 포함할 수 있다. 상기 제1 하부절연막은 상기 기판의 비활성면을 덮는 외부 절연막과 상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치를 밀폐시키는 내부 절연막을 포함할 수 있다. 상기 제2 하부절연막은 상기 기판의 비활성면과 상기 외부 절연막 사이에 그리고 상기 트렌치의 내부로 제공되어, 상기 외부 절연막과 함께 상기 기판의 비활성면을 덮으며 상기 내부 절연막과 함께 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이룰 수 있다.In the device of this embodiment, the lower insulating film may include a first lower insulating film and a second lower insulating film. The first lower insulating layer may include an external insulating layer covering the inactive surface of the substrate and an internal insulating layer extending from the external insulating layer to seal the trench. Wherein the second lower insulating film is provided between the inactive surface of the substrate and the external insulating film and into the trench so as to cover the inactive surface of the substrate with the external insulating film and define the air gap with the internal insulating film You can build a wall.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 다른 실시예에 따른 반도체 소자는: 수평한 활성면과, 상기 활성면과 반대면을 이루는 수평한 비활성면과, 그리고 상기 활성면과 상기 비활성면을 잇는 내표면을 포함하는 기판과; 상기 기판을 수직하게 관통하며, 상기 내표면과 이격된 관통전극과; 상기 내표면과 상기 관통전극 사이에 제공된, 상기 관통전극을 따라 연장된 에어 갭과; 그리고 상기 비활성면을 덮으며, 상기 내표면 및 상기 관통전극의 측벽을 더 덮어 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이루는 하부절연막을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate having a horizontal active surface, a horizontal inactive surface opposite to the active surface, and an inactive surface between the active surface and the inactive surface, A substrate comprising a surface; A penetrating electrode vertically penetrating the substrate and spaced apart from the inner surface; An air gap provided between the inner surface and the penetrating electrode, the air gap extending along the penetrating electrode; And a lower insulating film covering the inactive surface and forming a wall that further covers the inner surface and the side wall of the penetrating electrode to define the air gap.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 하부절연막은: 상기 비활성면을 덮는 외부 절연막과; 그리고 상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 내표면과 상기 관통전극의 측벽을 덮는 내부 절연막을 포함할 수 있다. 상기 내부 절연막은 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이룰 수 있다.In the device according to another embodiment of the present invention, the lower insulating film may include: an external insulating film covering the inactive surface; And an inner insulating layer extending from the outer insulating layer and covering the inner surface and the sidewalls of the penetrating electrode. The inner insulating film may form a wall defining the air gap.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 관통전극의 측벽을 덮는 라이너막을 더 포함할 수 있다. 상기 관통전극과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막과 상기 라이너막이 개재될 수 있다. 상기 내표면과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막이 개재될 수 있다.In the element according to another embodiment of the present invention, it may further comprise a liner film covering the side wall of the penetrating electrode. The inner insulating film and the liner film may be interposed between the penetrating electrode and the air gap. The inner insulating film may be interposed between the inner surface and the air gap.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 내표면을 덮는 라이너막을 더 포함할 수 있다. 상기 내표면과 상기 에어 갭 사이에는 상기 라이너막과 상기 내부 절연막이 개재될 수 있다. 상기 관통전극과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막이 개재될 수 있다.In the element according to another embodiment of the present invention, it may further comprise a liner film covering the inner surface. The liner film and the inner insulating film may be interposed between the inner surface and the air gap. The inner insulating film may be interposed between the penetrating electrode and the air gap.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 외부 절연막은 이중막이고, 상기 내부 절연막은 단일막일 수 있다.In the device according to another embodiment of the present invention, the outer insulating film is a double film, and the inner insulating film may be a single film.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 내표면은: 상기 관통전극을 따라 연장된 직선 형태이거나, 상기 관통전극을 향하는 방향으로 오목한 형태이거나, 혹은 상기 관통전극을 향하는 방향으로 오목한 형태가 반복되는 물결 형태일 수 있다.In the device of another embodiment of the present invention, the inner surface may be a linear shape extending along the penetrating electrode, a concave shape in a direction toward the penetrating electrode, or a wave shape in which a concave shape is repeated in a direction toward the penetrating electrode Lt; / RTI >

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 활성면 상에 배치된 집적회로와; 상기 활성면 상에 제공되어 상기 집적회로를 덮는 층간절연막과; 그리고 상기 층간절연막을 덮는 상부절연막을 더 포함할 수 있다.An element of this other embodiment, comprising: an integrated circuit disposed on the active surface; An interlayer insulating film provided on the active surface to cover the integrated circuit; And an upper insulating layer covering the interlayer insulating layer.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 활성면과 상기 층간절연막과 그리고 상기 상부절연막 중 어느 하나 상에 제공되어 상기 관통전극을 상기 집적회로에 전기적으로 연결하는 상부배선과, 상기 하부절연막 상에 제공되어 상기 관통전극을 외부 장치에 전기적으로 연결하는 하부배선 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.The device of another embodiment of the present invention may further include an upper wiring provided on the active surface, the interlayer insulating film, and the upper insulating film to electrically connect the penetrating electrode to the integrated circuit, And a lower wiring electrically connecting the penetrating electrode to an external device.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 상부배선은 상기 층간절연막 상에 제공될 수 있다. 상기 관통전극은 상기 층간절연막을 더 관통하여 상기 상부배선과 연결될 수 있다. 상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 활성면 사이에 제공되거나, 혹은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공될 수 있다.In the element according to another embodiment of the present invention, the upper wiring may be provided on the interlayer insulating film. The penetrating electrode may further penetrate the interlayer insulating film and be connected to the upper wiring. The air gap may be provided between the inactive surface and the active surface, or may be provided between the inactive surface and the top wiring.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 상부배선은 상기 상부절연막 상에 제공될 수 있다. 상기 관통전극은 상기 층간절연막 및 상기 상부배선을 더 관통하여 상기 상부배선과 연결될 수 있다. 상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 활성면 사이에 제공되거나, 혹은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공될 수 있다.In the device of another embodiment of the present invention, the upper wiring may be provided on the upper insulating film. The penetrating electrode may further penetrate the interlayer insulating film and the upper wiring, and may be connected to the upper wiring. The air gap may be provided between the inactive surface and the active surface, or may be provided between the inactive surface and the top wiring.

본 다른 실시예의 소자에 있어서, 상기 상부배선은 상기 활성면 상에 제공될 수 있다. 상기 관통전극은 상기 기판을 관통하여 상기 상부배선과 연결될 수 있다. 상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공될 수 있다.In the device of another embodiment of the present invention, the upper wiring may be provided on the active surface. The penetrating electrode may be connected to the upper wiring through the substrate. The air gap may be provided between the inactive surface and the upper wiring.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은: 상면과 그 반대면인 하면을 포함하는 기판을 제공하고; 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 상기 기판을 부분적으로 관통하는 관통전극을 형성하고; 상기 하면을 리세스하여 상기 관통전극의 일부를 노출시키는 상기 기판의 비활성면을 정의하고; 상기 관통전극을 둘러싸며, 상기 관통전극을 상기 기판으로부터 이격시키는 트렌치를 형성하고; 상기 비활성면을 덮는 하부절연막을 형성하고; 그리고 상기 트렌치의 내부에 상기 하부절연막으로 둘러싸인 에어 갭을 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: providing a substrate including an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface; Forming a penetrating electrode partially penetrating the substrate from the upper surface toward the lower surface; Defining an inactive surface of the substrate that recesses the bottom surface to expose a portion of the through electrode; Forming a trench that surrounds the penetrating electrode and separates the penetrating electrode from the substrate; Forming a lower insulating film covering the inactive surface; And forming an air gap surrounded by the lower insulating film in the trench.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 기판을 평탄화하여 상기 비활성면으로부터 돌출된 상기 관통전극의 일부를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 기판을 평탄화하는 것은 상기 에어 갭을 형성한 이후에 진행할 수 있다.In the method of this embodiment, the substrate may be planarized to remove a portion of the penetrating electrode protruding from the inactive surface. The substrate may be planarized after the air gap is formed.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 관통전극을 형성하는 것은: 상기 기판에 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 연장된 홀을 형성하고; 상기 홀의 내벽을 따라 연장된 라이너막을 형성하고; 그리고 상기 홀 내에 상기 라이너막을 덮으며 상기 홀을 채우는 도전막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the penetrating electrode may include: forming a hole in the substrate extending from the upper surface toward the lower surface; Forming a liner film extending along an inner wall of the hole; And forming a conductive film covering the liner film in the hole to fill the hole.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 것은 상기 기판 중 상기 관통전극을 둘러싸는 일부를 식각하여 상기 관통전극을 둘러싸는 상기 트렌치를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 트렌치는 상기 관통전극의 측벽을 둘러싸는 상기 라이너막과 상기 라이너막과 이격된 상기 기판의 내표면을 노출시키며, 상기 비활성면을 향하는 일측이 개방된 입구를 가질 수 있다.In the method of this embodiment, forming the trench may include etching the portion of the substrate surrounding the penetrating electrode to form the trench surrounding the penetrating electrode. The trench may expose an inner surface of the substrate spaced apart from the liner film surrounding the sidewall of the penetrating electrode, and may have an opening at one side facing the inactive surface.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 관통전극을 형성하는 것은: 상기 기판에 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 연장된 홀을 형성하고; 상기 홀의 내벽을 따라 연장된 라이너막과 희생막을 형성하고; 그리고 상기 홀 내에 상기 라이너막 및 희생막을 덮으며 상기 홀을 채우는 도전막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the penetrating electrode may include: forming a hole in the substrate extending from the upper surface toward the lower surface; Forming a sacrificial film and a liner film extending along the inner wall of the hole; And forming a conductive film covering the liner film and the sacrificial film in the hole and filling the hole.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 것은: 상기 하면을 리세스하여 상기 라이너막 및 희생막을 노출시키고; 그리고 상기 희생막을 선택적으로 식각하여 상기 관통전극을 둘러싸는 상기 트렌치를 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the trench may include: recessing the lower surface to expose the liner film and the sacrificial film; And selectively etching the sacrificial layer to form the trench surrounding the penetrating electrode.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 라이너막과 희생막을 형성하는 것은, 상기 홀의 내벽을 덮는 상기 희생막을 형성한 이후에 상기 희생막을 덮는 상기 라이너막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 트렌치를 형성하는 것은, 상기 라이너막과 상기 기판 사이에 형성된 상기 희생막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 트렌치는 상기 관통전극의 측벽을 둘러싸는 상기 라이너막과 상기 라이너막과 이격된 상기 기판의 내표면을 노출시키며, 상기 비활성면을 향하는 일측이 개방된 입구를 가질 수 있다.In the method of this embodiment, forming the liner film and the sacrificial film may include forming the liner film that covers the sacrificial film after forming the sacrificial film covering the inner wall of the hole. The forming of the trench may include etching the sacrificial film formed between the liner film and the substrate. The trench may expose an inner surface of the substrate spaced apart from the liner film surrounding the sidewall of the penetrating electrode, and may have an opening at one side facing the inactive surface.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 라이너막과 희생막을 형성하는 것은, 상기 홀의 내벽을 덮는 상기 라이너막을 형성한 이후에 상기 라이너막을 덮는 상기 희생막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 트렌치를 형성하는 것은, 상기 관통전극과 상기 라이너막 사이에 형성된 상기 희생막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 트렌치는 상기 기판의 내표면을 덮는 상기 라이너막과 상기 라이너막과 이격된 상기 관통전극의 측벽을 노출시키며, 상기 비활성면을 향하는 일측이 개방된 입구를 가질 수 있다.In the method of the present embodiment, forming the liner film and the sacrificial film may include forming the sacrificial film covering the liner film after forming the liner film covering the inner wall of the hole. The forming of the trench may include etching the sacrificial layer formed between the penetrating electrode and the liner film. The trench exposes a sidewall of the penetrating electrode that is spaced apart from the liner film covering the inner surface of the substrate and the liner film. The trench may have an opening at one side facing the inactive surface.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 것은, 상기 라이너막 중에서 상기 비활성면을 통해 노출된 부분을 식각하는 것을 더 포함할 수 있다.In the method of the present embodiment, forming the trench may further include etching the exposed portion of the liner film through the inactive surface.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 하부절연막을 형성하는 것은: 상기 비활성면을 덮는 외부 절연막을 형성하고; 그리고 상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치의 내부로 확장된, 상기 트렌치의 입구를 밀폐시켜 상기 에어 갭을 둘러싸는 벽을 이루는 내부 절연막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of the present embodiment, forming the lower insulating film may include: forming an external insulating film covering the inactive surface; And forming an inner insulating film extending from the outer insulating film and extending to the inside of the trench, the inner insulating film forming a wall surrounding the air gap by sealing an inlet of the trench.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 하부절연막을 형성하는 것은: 상기 기판의 비활성면을 덮는 외부 절연막과 상기 기판의 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치의 입구를 밀폐시키는 내부 절연막을 포함하는 제1 하부절연막을 형성하고; 그리고 상기 기판의 비활성면과 상기 외부 절연막 사이에 그리고 상기 트렌치의 내부로 제공되어, 상기 외부 절연막과 함께 상기 기판의 비활성면을 덮으며 상기 내부 절연막과 함께 상기 에어 갭을 둘러싸는 벽을 이루는 제2 하부절연막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 하부절연막을 형성하고, 그 이후에 상기 제1 하부절연막을 형성할 수 있다.In the method of the present embodiment, forming the lower insulating film may include: forming a first lower insulating film including an external insulating film covering the inactive surface of the substrate and an internal insulating film extending from the external insulating film of the substrate to seal the entrance of the trench, Forming; And a second insulating layer provided between the inactive surface of the substrate and the external insulating layer and inside the trench so as to cover the inactive surface of the substrate together with the external insulating layer and form a wall surrounding the air gap, And forming a lower insulating film. The second lower insulating film may be formed, and then the first lower insulating film may be formed.

본 실시예의 방법에 있어서, 상기 기판의 상면 상에 상기 관통전극과 연결되는 상부배선을 형성하는 것과, 그리고 상기 기판의 비활성면 상에 상기 관통전극과 연결되는 하부배선을 형성하는 것 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.In the method of the present embodiment, at least one of forming an upper wiring connected to the penetrating electrode on the upper surface of the substrate, and forming a lower wiring connected to the penetrating electrode on the inactive surface of the substrate As shown in FIG.

본 발명에 의하면, 관통전극과 기판 사이에 진공 혹은 에어가 채워진 갭이 제공되므로써 유전율이 1 또는 1에 매우 가까워 우수한 전기적 절연효과를 얻을 수 있다. 아울러, 갭을 통해 노출되는 관통전극의 측벽을 덮는 라이너막이 더 제공되므로써 관통전극의 팽창이나 뒤틀리는 경우 기판과의 접촉을 막아 쇼트 현상 등과 같은 불량 현상을 없앨 수 있다. 더 나아가, 기판의 하면을 피복하는 하부절연막이 에어 갭 내부로 더 확장되므로써 관통전극과 기판과의 접촉을 방지하는 효과 및 스트레스 버퍼 역할을 더 할 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 구조적 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since a gap filled with vacuum or air is provided between the through electrode and the substrate, the dielectric constant is very close to 1 or 1, so that an excellent electrical insulating effect can be obtained. Further, since the liner film covering the side wall of the penetrating electrode exposed through the gap is further provided, when the penetrating electrode is expanded or twisted, contact with the substrate can be prevented, thereby eliminating defective phenomena such as short- Furthermore, since the lower insulating film covering the lower surface of the substrate is further extended into the air gap, the contact between the penetrating electrode and the substrate can be prevented and the stress buffer can be added. Thus, there is an effect that the structural and electrical characteristics of the semiconductor device can be improved.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도.
도 1b는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도.
도 1c는 도 1b의 변형예를 도시한 단면도.
도 1d는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도.
도 1e는 도 1d의 변형예를 도시한 단면도.
도 1f는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도.
도 2a 내지 2j는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 2k 내지 2n은 도 2j의 변형예들을 도시한 단면도.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 3d는 도 3c의 변형예를 도시한 단면도.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 6a 내지 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 6g 및 6h는 도 6f의 변형예들을 도시한 단면도.
도 7a 내지 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도.
도 7g 및 7h는 도 7f의 변형예들을 도시한 단면도.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 구비한 메모리 카드를 도시한 블록도.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 응용한 정보 처리 시스템을 도시한 블록도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a portion of FIG. 1A. FIG.
Fig. 1C is a sectional view showing a modification of Fig. 1B. Fig.
FIG. 1D is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 1A. FIG.
FIG. 1E is a sectional view showing a modification of FIG. 1D. FIG.
FIG. 1F is an enlarged sectional view of a part of FIG. 1A.
2A to 2J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Figures 2k-2n are cross-sectional views illustrating variations of Figure 2j.
3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3D is a sectional view showing a modification of Fig. 3C. Fig.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
6A to 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Figures 6G and 6H are cross-sectional views showing variants of Figure 6F.
7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Figures 7g and 7h are cross-sectional views showing variants of Figure 7f.
8A is a block diagram illustrating a memory card having a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
8B is a block diagram showing an information processing system using semiconductor devices according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 에어 갭 절연 구조를 갖는 관통전극을 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device having a penetrating electrode having an air gap insulating structure according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages of the present invention and its advantages over the prior art will become apparent from the detailed description and claims that follow. In particular, the invention is well pointed out and distinctly claimed in the claims. The invention, however, may best be understood by reference to the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements throughout the various views.

<장치예><Device example>

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다. 1A is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 소자(1)는 전기적 신호를 기판(100)을 수직 관통하여 전달하는 도전성 연결부(120)를 포함할 수 있다. 도전성 연결부(120)는 기판(100)을 수직 관통하는 관통전극(108)을 포함할 수 있다. 도전성 연결부(120)는 관통전극(108)과 접촉되며 기판(100)의 상면(100a) 상에 배치된 상부배선(110)과, 관통전극(108)과 접촉되며 기판(100)의 하면(100c) 상에 배치된 하부배선(116) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 상면(100a) 및 하면(100c) 각각은 기판(100)의 두께 방향과 직교하는 수평 방향으로 연장된 대체로 평평한 면일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a semiconductor device 1 may include a conductive connection portion 120 for vertically passing an electrical signal through a substrate 100. The conductive connection 120 may include a penetrating electrode 108 passing through the substrate 100 vertically. The conductive connection part 120 is in contact with the penetrating electrode 108 and is connected to the upper wiring 110 disposed on the upper surface 100a of the substrate 100 and the penetrating electrode 108, And a lower wiring 116 disposed on the lower wiring 116. Each of the upper surface 100a and the lower surface 100c may be a generally flat surface extending in the horizontal direction perpendicular to the thickness direction of the substrate 100. [

상부배선(110)은 기판(100)의 상면(100a)을 따라 수평하게 신장될 수 있고, 하부배선(116)은 기판(100)의 하면(100c)을 따라 수평하게 신장될 수 있다. 상부배선(110)과 하부배선(116) 중 적어도 어느 하나는 재배선될 수 있다. 하부배선(116)에는 반도체 소자(1)를 다른 장치, 가령 다른 반도체 소자 혹은 인쇄회로기판에 전기적으로 연결할 수 있는 연결단자로서 솔더볼(118)이 부착되어 있을 수 있다. 도면에는 자세히 도시되어 있지 아니하지만 상부배선(110)에 연결단자가 더 부착될 수 있다.The upper wiring 110 may extend horizontally along the upper surface 100a of the substrate 100 and the lower wiring 116 may extend horizontally along the lower surface 100c of the substrate 100. [ At least one of the upper wiring 110 and the lower wiring 116 may be rewired. The lower wiring 116 may be provided with a solder ball 118 as a connection terminal capable of electrically connecting the semiconductor element 1 to another apparatus, for example, another semiconductor element or a printed circuit board. Although not shown in detail in the drawing, a connection terminal may be further attached to the upper wiring 110.

관통전극(108)은 기판(100)을 수직 관통하여 상부배선(110) 및 하부배선(116)과 접촉할 수 있다. 상부배선(110)을 통해 전달되어 오는 전기적 신호는 관통전극(110)을 따라 기판(100)을 수직 관통하여 하부배선(116)으로 혹은 그 역으로 전달될 수 있다.The penetrating electrode 108 may vertically penetrate the substrate 100 and contact the upper wiring 110 and the lower wiring 116. An electrical signal transmitted through the upper wiring 110 may be transmitted through the substrate 100 vertically through the penetrating electrode 110 to the lower wiring 116 or vice versa.

기판(100)의 상면(100a) 및 하면(100c)은 보호막(124) 및 하부절연막(114)에 의해 각각 덮여질 수 있다. 보호막(124) 및 하부절연막(114)은 기판(100)을 외부환경으로부터 보호하며 전기적으로 절연시킬 수 있다. 도전성 연결부(120)는 기판(100)과 전기적으로 절연될 수 있다. 예컨대, 보호막(124)은 상부배선(110)을 기판(100)의 상면(100a)으로부터 이격시켜 전기적으로 절연시키고, 하부절연막(114)은 하부배선(116)을 기판(100)의 하면(100c)으로부터 이격시켜 전기적으로 절연시킬 수 있다. 관통전극(108)은 에어 갭(112)의 의해 기판(100)의 내표면(100s)과 전기적으로 절연될 수 있다. 내표면(100s)은 상면(100a)과 하면(100c)을 잇는 대체로 수직한 면일 수 있다.The upper surface 100a and the lower surface 100c of the substrate 100 can be covered with the protective film 124 and the lower insulating film 114, respectively. The protective film 124 and the lower insulating film 114 protect and electrically isolate the substrate 100 from the external environment. The conductive connection 120 may be electrically isolated from the substrate 100. For example, the protective film 124 electrically isolates the upper wiring 110 from the upper surface 100a of the substrate 100, and the lower insulating film 114 protects the lower wiring 116 from the lower surface 100c of the substrate 100 So that it can be electrically isolated. The penetrating electrode 108 can be electrically insulated from the inner surface 100s of the substrate 100 by the air gap 112. [ The inner surface 100s may be a generally vertical surface connecting the upper surface 100a and the lower surface 100c.

기판(100)은 관통전극(108)을 따라 수직하게 연장되어 관통전극(108)을 둘러싸는 갭 내지는 트렌치(111)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 기판(100)의 하면(100c)을 따라 형성된 하부절연막(114)은 하면(100c)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)를 밀폐시키고 트렌치(111)의 내부로 확장되어 트렌치(111)의 내벽에 형성된 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 트렌치(111)의 내부에는 트렌치(111)의 내벽을 따라 형성된 내부 절연막(114b)으로 둘러싸여 정의되고 대체로 관통전극(108)을 따라 대체로 수직한 에어 갭(112)이 형성될 수 있다. 에어 갭(112)은 진공(vacuum) 혹은 에어(air)로 채워질 수 있다. 관통전극(108)과 기판(100)은 유전율이 1 또는 1에 매우 가까운 에어 갭(112)에 의해 전기적으로 절연되므로써, 가령 유전율이 3.8 내지 4.2인 실리콘산화막에 의해 절연되는 것에 비해 매우 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.The substrate 100 may include a gap or trench 111 extending vertically along the penetrating electrode 108 to surround the penetrating electrode 108. The lower insulating film 114 formed along the lower surface 100c of the substrate 100 has an outer insulating film 114a covering the lower surface 100c and a lower insulating film 114b which hermetically seals the trench 111, And an inner insulating film 114b formed on the inner wall of the trench 111. [ The inside of the trench 111 is defined by the inner insulating film 114b formed along the inner wall of the trench 111 and an air gap 112 which is substantially perpendicular to the penetrating electrode 108 can be formed. The air gap 112 may be filled with vacuum or air. The penetrating electrode 108 and the substrate 100 are electrically insulated by the air gap 112 whose dielectric constant is very close to 1 or 1, so that the penetrating electrode 108 and the substrate 100 are insulated by a silicon oxide film having a dielectric constant of 3.8 to 4.2, Lt; / RTI &gt;

관통전극(108)의 측벽을 둘러싸는 절연성 라이너막(106)이 더 형성되어 있을 수 있다. 라이너막(106)은 산화막(예: SiO2) 혹은 질화막(예: SiN) 혹은 폴리머막을 포함할 수 있다. 라이너막(106)은 관통전극(108)을 둘러싸며 그 측벽을 따라 상부배선(110)에서부터 하부배선(116)까지 연장될 수 있다. 관통전극(108)과 기판(100)은 에어 갭(112) 이외에 내부 절연막(114b) 및 라이너막(106)에 의해 전기적으로 절연될 수 있다. 관통전극(108)이 확산하기 매우 쉬운 구리로 구성된 경우 질화막(SiN)을 포함하는 라이너막(106)은 구리 확산을 저지하는 배리어 역할을 겸할 수 있다.An insulating liner film 106 surrounding the side wall of the penetrating electrode 108 may be further formed. Liner layer 106 may include oxide or a polymer film (for example:: SiO 2) or nitride film (SiN example). The liner film 106 may surround the penetrating electrode 108 and extend from the upper wiring 110 to the lower wiring 116 along the side walls thereof. The penetrating electrode 108 and the substrate 100 can be electrically insulated by the inner insulating film 114b and the liner film 106 in addition to the air gap 112. [ When the penetrating electrode 108 is made of copper which is very easy to diffuse, the liner film 106 including the nitride film (SiN) can also serve as a barrier for preventing diffusion of copper.

관통전극(108)과 기판(100)이 서로 다른 물질인 경우, 열팽창계수 차이(CTE mismatch)에 의해 관통전극(108)이 팽창하거나 뒤틀리는 현상이 일어날 수 있다. 이 경우, 관통전극(108)과 기판(100) 사이에는 라이너막(106), 내부 절연막(114b) 및 에어 갭(112)이 있기 때문에 관통전극(108)이 기판(100)에 직접 닿을 염려는 전혀 없다. 아울러, 관통전극(108)이 대체로 심하게 팽창하거나 뒤틀리는 경우 내부 절연막(114b)이 우선적으로 파괴될 수 있다. 이와 같이, 내부 절연막(114b)은 스트레스 버퍼 역할을 할 수 있어 관통전극(108) 및/또는 기판(100)에 미칠 수 있는 스트레스가 완화되거나 사라질 수 있다.When the penetrating electrode 108 and the substrate 100 are made of different materials, the penetrating electrode 108 may expand or twist due to the CTE mismatch. In this case, since there is a liner film 106, an inner insulating film 114b and an air gap 112 between the penetrating electrode 108 and the substrate 100, there is a fear that the penetrating electrode 108 directly contacts the substrate 100 Not at all. In addition, when the penetrating electrode 108 is severely inflated or twisted, the internal insulating film 114b may preferentially break down. As such, the inner insulating film 114b can serve as a stress buffer, so that the stress that may be applied to the penetrating electrode 108 and / or the substrate 100 can be mitigated or eliminated.

반도체 소자(1)에 있어서 라이너막(106), 하부절연막(114), 에어 갭(112)은 그 형태나 구조가 다양하게 변형될 수 있다. 이러한 변형들은 후술한 설명들을 참조하면 명확히 이해될 것이다.The liner film 106, the lower insulating film 114, and the air gap 112 in the semiconductor element 1 may be variously modified in shape and structure. These variations will be clearly understood with reference to the following description.

기판(100)과 보호막(124) 사이에는 이하에서 후술한 바와 같이 도전성 연결부(120)와 전기적으로 연결된 집적회로, 집적회로를 덮는 층간절연막, 집적회로와 전기적으로 연결된 금속배선 등이 더 형성되어 있을 수 있다. 관통전극(108)은 비아 라스트(Via Last), 비아 미들(Via Middle) 및 비아 퍼스트(Via First) 구조 중 어느 하나로 분류될 수 있다.
An integrated circuit electrically connected to the conductive connection part 120, an interlayer insulating film covering the integrated circuit, and a metal wiring electrically connected to the integrated circuit are formed between the substrate 100 and the protective film 124 as described below . The penetrating electrode 108 may be classified into one of Via Last, Via Middle and Via First structures.

<비아 미들><Biama Middle>

도 1b는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도이다. 도 1c는 도 1b의 변형예를 도시한 단면도이다.Fig. 1B is an enlarged cross-sectional view of a portion of Fig. 1A. Fig. 1C is a sectional view showing a modification of Fig. 1B.

도 1b를 참조하면, 관통전극(108)은 집적회로(95)가 형성된 이후에 그리고 상부배선(110) 및 금속배선(111)이 형성되기 이전된 형성된 비아 미들 구조일 수 있다. 층간절연막(101)은 기판(100)의 상면(100a) 상에 형성되어 집적회로(95)를 덮는 제1 층간절연막(101a)과, 제1 층간절연막(101a) 상에 형성되어 상부배선(110) 및 금속배선(111)을 덮는 제2 층간절연막(101b)을 포함할 수 있다. 관통전극(108)은 기판(100)과 제1 층간절연막(101a)을 관통할 수 있다. 보호막(124)은 제2 층간절연막(101b) 상에 형성될 수 있고, 금속배선(111)에 연결된 본딩패드(105)를 개방시킬 수 있다.Referring to FIG. 1B, the penetrating electrode 108 may be a formed via-structure after the integrated circuit 95 is formed and before the upper wiring 110 and the metal wiring 111 are formed. The interlayer insulating film 101 is formed on the upper surface 100a of the substrate 100 and includes a first interlayer insulating film 101a covering the integrated circuit 95 and a second interlayer insulating film 101b formed on the first interlayer insulating film 101a, And a second interlayer insulating film 101b covering the metal wiring 111. [ The penetrating electrode 108 can penetrate the substrate 100 and the first interlayer insulating film 101a. The protective film 124 may be formed on the second interlayer insulating film 101b and may open the bonding pad 105 connected to the metal wiring 111. [

트렌치(111)는 기판(100)을 관통하며, 이에 따라 에어 갭(112)은 기판(100)의 상면(100a)과 하면(100c) 사이에 한정될 수 있다. 상부배선(110)은 집적회로(95)와 전기적으로 연결될 수 있어, 관통전극(108)은 집적회로(95)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상부배선(110)은 제1 금속배선(M1)으로, 금속배선(111)은 제2 금속배선(M2)으로 불리울 수 있다.The trench 111 penetrates the substrate 100 so that the air gap 112 can be defined between the upper surface 100a and the lower surface 100c of the substrate 100. [ The upper wiring 110 can be electrically connected to the integrated circuit 95 so that the penetrating electrode 108 can be electrically connected to the integrated circuit 95. The upper wiring 110 may be referred to as a first metal wiring M1 and the metal wiring 111 may be referred to as a second metal wiring M2.

도 1c를 참조하면, 트렌치(111)는 기판(100)을 관통하고 제1 층간절연막(101a)을 더 관통하도록 확장될 수 있다. 이에 따라, 에어 갭(112)은 제1 층간절연막(101a)의 형성 영역까지 확장될 수 있다.
Referring to FIG. 1C, the trench 111 may extend through the substrate 100 and further penetrate the first interlayer insulating film 101a. Accordingly, the air gap 112 can be extended to the region where the first interlayer insulating film 101a is formed.

<비아 라스트><Biarast>

도 1d는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도이다. 도 1e는 도 1d의 변형예를 도시한 단면도이다.FIG. 1D is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 1A. Fig. 1E is a sectional view showing a modification of Fig. 1D.

도 1d를 참조하면, 관통전극(108)은 기판(100)을 관통하고, 그리고 기판(100)의 상면(100a) 상에 형성된 집적회로(95) 및 금속배선(111)을 덮는 층간절연막(101)을 더 관통할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 관통전극(108)은 집적회로(95) 및 금속배선(111)이 형성된 이후에 형성된 비아 라스트 구조일 수 있다. 상부배선(110)과 층간절연막(101) 사이에 보호막(124)이 제공될 수 있고, 관통전극(108)은 보호막(124)을 더 관통할 수 있다. 1D, the penetrating electrode 108 penetrates the substrate 100 and is provided with an integrated circuit 95 formed on the upper surface 100a of the substrate 100 and an interlayer insulating film 101 ). &Lt; / RTI &gt; According to the present embodiment, the penetrating electrode 108 can be a via-last structure formed after the integrated circuit 95 and the metal wiring 111 are formed. A protective film 124 may be provided between the upper wiring 110 and the interlayer insulating film 101 and the penetrating electrode 108 may penetrate the protective film 124 further.

트렌치(111)는 기판(100)을 관통하며, 이에 따라 에어 갭(112)은 기판(100)의 상면(100a)에서 하면(100c) 사이에 한정될 수 있다. 상부배선(110)은 본딩패드(105)를 매개로 집적회로(95)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상부배선(110)은 그 일부가 확장되어 본딩패드(105)와 접촉할 수 있다. 금속배선(111)은 제1 금속배선(M1)으로, 상부배선(110)은 제2 금속배선(M2)으로 불리울 수 있다.The trench 111 penetrates the substrate 100 so that the air gap 112 can be defined between the top surface 100a and the bottom surface 100c of the substrate 100. [ The upper wiring 110 may be electrically connected to the integrated circuit 95 via a bonding pad 105. [ A part of the upper wiring 110 may be extended to contact the bonding pad 105. The metal wiring 111 may be referred to as a first metal wiring M1 and the upper wiring 110 may be referred to as a second metal wiring M2.

도 1e를 참조하면, 트렌치(111)는 기판(100) 이외에 층간절연막(101)을 더 관통할 수 있어, 에어 갭(112)은 층간절연막(101)의 형성 영역까지 확장될 수 있다.
Referring to FIG. 1E, the trench 111 can further penetrate the interlayer insulating film 101 in addition to the substrate 100, and the air gap 112 can be extended to the region where the interlayer insulating film 101 is formed.

<비아 퍼스트><Via First>

도 1f는 도 1a의 일부를 확대 도시한 단면도이다.FIG. 1F is an enlarged sectional view of a part of FIG. 1A.

도 1f를 참조하면, 관통전극(108)은 집적회로(95)와 상부배선(110) 및 금속배선(111)이 형성되기 이전에 먼저 형성된 비아 퍼스트 구조일 수 있다. 기판(100)의 상면(100a)에는 층간절연막(101)이 형성될 수 있다. 층간절연막(101)은 집적회로(95)와 상부배선(110)을 덮는 제1 층간절연막(101a)과, 제1 층간절연막(101a) 상에 형성된 금속배선(111)을 덮고 본딩패드(105)를 노출시키는 제2 층간절연막(101b)을 포함할 수 있다. 상부배선(110)은 제1 금속배선(M1), 금속배선(111)은 제2 금속배선(M2)으로 불리울 수 있다.Referring to FIG. 1F, the penetrating electrode 108 may be a via-first structure formed before the integrated circuit 95, the upper wiring 110, and the metal wiring 111 are formed. An interlayer insulating film 101 may be formed on the upper surface 100a of the substrate 100. [ The interlayer insulating film 101 covers the first interlayer insulating film 101a covering the integrated circuit 95 and the upper wiring 110 and the bonding pad 105 covering the metal wiring 111 formed on the first interlayer insulating film 101a. The second interlayer insulating film 101b exposing the second interlayer insulating film 101b. The upper wiring 110 may be referred to as a first metal wiring M1 and the metal wiring 111 may be referred to as a second metal wiring M2.

트렌치(111)는 기판(100)을 관통하며, 이에 따라 에어 갭(112)은 기판(100)의 상면(100a)에서 하면(100c)까지 한정될 수 있다. 상부배선(110)은 금속배선(111)를 매개로 혹은 직접적으로 집적회로(95)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상부배선(110)과 기판(100)과의 절연을 위해 기판(100)의 상면(100a) 상에 절연막(109)이 더 형성되어 있을 수 있다. 다른 예로, 라이너막(106)이 기판(100)의 상면(100a)으로 확장되어 상부배선(110)과 기판(100)의 상면(100a) 사이에 더 형성되어 있을 수 있다.
The trench 111 penetrates the substrate 100 so that the air gap 112 can be defined from the upper surface 100a to the lower surface 100c of the substrate 100. [ The upper wiring 110 may be electrically connected to the integrated circuit 95 via the metal wiring 111 or directly. An insulating film 109 may be further formed on the upper surface 100a of the substrate 100 to insulate the upper wiring 110 from the substrate 100. [ As another example, the liner film 106 may extend to the upper surface 100a of the substrate 100 and be further formed between the upper wiring 110 and the upper surface 100a of the substrate 100. [

<방법예 1><Method Example 1>

도 2a 내지 2j는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 2A to 2J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 기판(100)을 제공할 수 있다. 기판(100)은 실리콘 혹은 실리콘을 포함하는 반도체로 구성될 수 있다. 기판(100)의 상면(100a)에 상부절연막(102)을 형성할 수 있다. 상부절연막(102)을 관통하고 기판(100)의 하면(100b)에 이르지 않는 깊이를 가지는 홀(104)을 형성할 수 있다. 홀(104)은 식각이나 레이저 드릴링 공정으로 형성할 수 있다. 상면(100a)과 하면(100b) 각각은 대체로 수평 방향으로 평평한 면일 수 있다.Referring to FIG. 2A, a substrate 100 may be provided. The substrate 100 may be composed of silicon or a semiconductor containing silicon. The upper insulating film 102 may be formed on the upper surface 100a of the substrate 100. [ A hole 104 having a depth penetrating the upper insulating film 102 and not reaching the lower surface 100b of the substrate 100 can be formed. The hole 104 can be formed by an etching or laser drilling process. Each of the upper surface 100a and the lower surface 100b may be a flat surface in a substantially horizontal direction.

본 실시예의 제조방법은 비아 미들, 비아 라스트 및 비아 퍼스트 구조들 모두를 구현하는데 적용될 수 있다. 예컨대, 도 1b 또는 1c에서와 같이 비아 미들 구조를 구현하는 경우 상부절연막(102)은 도 1b에 도시된 제1 층간절연막(101a)일 수 있고, 기판(100)의 상면(100a)에는 제1 층간절연막(101a)으로 덮여 있는 집적회로(95)가 형성되어 있을 수 있다. 일례로, 도 1d 또는 1e에서와 같이 비아 라스트 구조를 구현하는 경우 상부절연막(102)은 층간절연막(101)일 수 있고, 기판(100)의 상면(100a)에는 층간절연막(101)으로 덮여 있는 집적회로(95) 및 금속배선(111)이 형성되어 있을 수 있다. 일례로, 도 1f에서와 같이 비아 퍼스트 구조를 구현하는 경우 상부절연막(102)은 절연막(109)일 수 있고, 기판(100)은 집적회로가 형성되지 아니한 베어 웨이퍼일 수 있다.The fabrication method of this embodiment can be applied to implement both non-ferromagnetic, non-ferromagnetic, and non-ferrous structures. 1B or 1C, the upper insulating film 102 may be the first interlayer insulating film 101a shown in FIG. 1B, and the upper surface 100a of the substrate 100 may have a first An integrated circuit 95 covered with an interlayer insulating film 101a may be formed. 1D or 1E, the upper insulating film 102 may be an interlayer insulating film 101 and the upper surface 100a of the substrate 100 may be covered with an interlayer insulating film 101. In this case, An integrated circuit 95 and a metal wiring 111 may be formed. For example, in the case of implementing the via-first structure as shown in FIG. 1F, the upper insulating film 102 may be an insulating film 109, and the substrate 100 may be a bare wafer in which no integrated circuit is formed.

도 2b를 참조하면, 라이너막(106)을 형성할 수 있다. 라이너막(106)은 산화막(예: SiOx)이나 질화막(예: SiNx) 혹은 폴리머막과 같은 절연성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 라이너막(106)은 홀(104)의 내벽을 따라 콘포말하게 증착되어 U자 형상을 가질 수 있다. 라이너막(106)은 홀(104)의 내벽뿐만 아니라 상부절연막(102) 상에도 더 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2B, a liner film 106 may be formed. The liner film 106 can be formed by depositing an insulating material such as an oxide film (e.g., SiOx) or a nitride film (e.g., SiNx) or a polymer film. The liner film 106 may be conformally deposited along the inner wall of the hole 104 to have a U-shape. The liner film 106 may be formed not only on the inner wall of the hole 104 but also on the upper insulating film 102. [

도 2c를 참조하면, 홀(104)을 전도체로 채워 관통전극(108)을 형성할 수 있다. 관통전극(108)은 폴리실리콘, 금속 혹은 이들의 조합과 같은 전도체를 증착, 에피 성장, 도금 등의 공정으로 형성할 수 있다. 일례로, 구리나 텅스텐과 같은 금속 혹은 폴리실리콘을 기판(100) 상에 비교적 두껍게 증착하고 상부절연막(102)이 노출되도록 평탄화하여 관통전극(108)을 형성할 수 있다. 관통전극(108)을 구리로 형성할 경우 구리의 확산을 저지할 수 있는 배리어막을 형성할 필요가 있을 수 있다. 일례에 따르면, 라이너막(106)을 질화막(예: SiN, Si3N4)으로 형성할 경우 라이너막(106)이 구리의 배리어 역할을 할 수 있으므로 별도의 배리어막을 더 형성할 필요성이 줄어들거나 없을 수 있다.Referring to FIG. 2C, the hole 104 may be filled with a conductor to form the penetrating electrode 108. The penetrating electrode 108 may be formed by a process such as deposition, epitaxial growth, plating, or the like, such as polysilicon, metal, or a combination thereof. For example, metal or polysilicon such as copper or tungsten may be deposited relatively thick on the substrate 100, and the penetrating electrode 108 may be formed by planarizing the upper insulating film 102 to expose it. When the penetrating electrode 108 is formed of copper, it may be necessary to form a barrier film capable of preventing diffusion of copper. According to an example, when the liner film 106 is formed of a nitride film (e.g., SiN, Si 3 N 4 ), the liner film 106 may serve as a barrier of copper, so that the necessity of further forming a separate barrier film is reduced It may be absent.

도 2d를 참조하면, 선택적으로 기판(100)의 상면(100a) 상에 관통전극(108)과 접속하는 상부배선(110)을 형성할 수 있다. 상부배선(110)은 금속을 증착하거나 혹은 도금하여 형성할 수 있다. 다른 예로, 기판(100)의 상면(100a) 상에 홀(104)이 채워지도록 비교적 충분한 두께의 금속을 증착하고 패터닝하여 관통전극(108)과 상부배선(110)을 동시에 형성할 수 있다. 다른 예로, 상부배선(110) 형성 공정을 스킵할 수 있다.Referring to FIG. 2D, an upper wiring 110 connected to the penetrating electrode 108 may be formed on the upper surface 100a of the substrate 100 selectively. The upper wiring 110 may be formed by depositing or plating a metal. As another example, it is possible to simultaneously form the penetrating electrode 108 and the upper wiring 110 by depositing and patterning a metal having a comparatively sufficient thickness so that the hole 104 is filled on the upper surface 100a of the substrate 100. [ As another example, the process of forming the upper wiring 110 can be skipped.

도 2e를 참조하면, 기판(100)의 하면(100b)을 리세스하여 관통전극(108)을 노출시킬 수 있다. 상기 리세스 공정은 기판(100)을 구성하는 물질, 가령 실리콘을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 이용한 식각 공정을 채택하여 관통전극(106)을 노출시킬 수 있는 하면(100c)이 드러날 때까지 진행할 수 있다. 다른 예로, 그라인더로써 관통전극(108)이 노출되지 않을 정도의 면(100d)까지 그라인딩하고, 상기 면(100d)을 식각하여 관통전극(108)을 노출시킬 수 있다. 다른 예로, 화학기계적 연마 공정으로 리세스 공정을 진행할 수 있다. 다른 예로, 그라인딩 혹은 화학기계적 연마 공정으로 상기 면(100d)까지 기판(100)을 제거하고, 상기 면(100d)을 스핀 에칭할 수 있다. 스핀 에칭(spin etching)은 기판(100)을 회전시키면서 상기 면(100d)에 에천트를 제공하여 진행할 수 있다. 스핀 에칭은 건식 혹은 습식 에칭일 수 있다. 일례로, 스핀 에칭은 불산(hydrofluoric acid)과 질산(nitric acid)의 혼합 용액을 혹은 그 혼합 용액의 증기상(vapor state)을 상기 면(100d)에 제공하여 진행할 수 있다. 다른 예로, 스핀 에칭은 브롬화수소(HBr)와 염소(Cl2)를 포함하는 혼합가스, 육불화황(SF6)과 염소(Cl2)를 포함하는 혼합가스, 또는 브롬화수소(HBr)와 염소(Cl2)와 육불화황(SF6)을 포함하는 혼합가스를 상기 면(100d)에 제공하여 진행할 수 있다. 그라인딩 혹은 화학기계적 연마 공정과 스핀 에칭을 가령 인시튜(in-situ)로 진행하므로써 비교적 빠른 시간에 리세스 공정을 진행할 수 있다. 리세스 공정시 기판(100)에 테이프 혹은 글래스 기판과 같은 지지체(93)를 접착하여, 지지체(93)로 하여금 기판(100)을 지지할 수 있게 하고 상면(100a)의 손상을 방지하게 할 수 있다. 기판(100)의 상면(100a)은 활성면이고, 하면(100c)은 비활성면일 수 있다. 하면(100c)은 대체로 수평 방향으로 평평할 수 있다. 본 명세서에선 상면(100a)은 활성면이라는 용어와 하면(100c)은 비활성면이라는 용어와 혼용하기로 한다.Referring to FIG. 2E, the bottom surface 100b of the substrate 100 may be recessed to expose the penetrating electrode 108. FIG. The recess process may be performed by using an etching process using an etchant capable of selectively removing a material constituting the substrate 100, for example, silicon, until the bottom surface 100c capable of exposing the penetrating electrode 106 is exposed You can proceed. As another example, the penetrating electrode 108 can be exposed by grinding the surface 100d to such an extent that the penetrating electrode 108 is not exposed by the grinder and etching the surface 100d. As another example, the recessing process can be carried out by a chemical mechanical polishing process. As another example, the substrate 100 may be removed to the face 100d by a grinding or chemical-mechanical polishing process, and the face 100d may be spin-etched. Spin etching can proceed by providing an etchant to the surface 100d while rotating the substrate 100. [ Spin etching can be dry or wet etching. For example, spin etching can be performed by providing a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or a vapor state of the mixed solution on the surface 100d. As another example, spin etching may be performed by using a mixed gas containing hydrogen bromide (HBr) and chlorine (Cl 2 ), a mixed gas containing sulfur hexafluoride (SF 6 ) and chlorine (Cl 2 ) (Cl 2 ) and sulfur hexafluoride (SF 6 ) to the surface (100d). The recessing process can be performed in a relatively short period of time by, for example, in-situ grinding or chemical-mechanical polishing and spin etching. A supporting member 93 such as a tape or a glass substrate may be adhered to the substrate 100 during the recessing process so that the supporting member 93 can support the substrate 100 and prevent the top surface 100a from being damaged have. The upper surface 100a of the substrate 100 may be an active surface, and the lower surface 100c may be an inactive surface. The bottom surface 100c may be substantially flat in the horizontal direction. In this specification, the upper surface 100a is referred to as an active surface and the lower surface 100c is used in combination with the term inactive surface.

도 2f를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c) 상에 마스크(92)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 활성면(100a)이 아래를 향하고 비활성면(100c)이 위를 향하도록 기판(100)을 뒤집은 다음에, 포토레지스트의 도포 및 패터닝으로 관통전극(108)의 주위를 둘러싸며 관통전극(108)의 측벽과는 이격된 마스크(92)를 형성할 수 있다. 마스크(92)를 이용한 식각 공정으로 기판(100)을 일부 제거하여 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 트렌치(111)는 일측은 상부절연막(102)에 의해 막혀 있고 반대측은 개방된 형태일 수 있다. 마스크(92)는 애싱 공정으로 제거될 수 있다.Referring to FIG. 2F, a mask 92 may be formed on the inactive surface 100c of the substrate 100. FIG. For example, after the substrate 100 is turned upside down so that the active face 100a faces downward and the inactive face 100c faces upward, the substrate 100 is surrounded and penetrated around the through electrode 108 by coating and patterning of the photoresist, A mask 92 spaced apart from the sidewalls of the electrode 108 may be formed. The trench 111 can be formed by partially removing the substrate 100 by the etching process using the mask 92. [ The trenches 111 may be blocked by the upper insulating film 102 at one side and opened at the opposite side. The mask 92 may be removed by an ashing process.

본 실시예에 따르면, 이방성 건식 공정으로 관통전극(108)을 따라 수직 연장되고 관통전극(108)을 둘러싸는 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 트렌치(111)에 의해 기판(100)의 내표면(100s)과, 관통전극(108)을 둘러싸는 라이너막(106)이 노출될 수 있다. 기판(100)의 내표면(100s)과 라이너막(106) 사이의 거리, 즉 트렌치(111)의 폭(W1)은 관통전극(108)을 따라 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 예로, 트렌치(111)의 폭(W1)은 관통전극(108)을 따라 점점 작아지거나 커질 수 있다. 내표면(100s)은 활성면(100a)과 비활성면(100c)을 잇는 대체로 수직하거나 혹은 비스듬하게 일직선 형태로 연장된 면일 수 있다. According to the present embodiment, an anisotropic dry process may be used to form the trenches 111 extending along the penetrating electrode 108 and surrounding the penetrating electrode 108. The inner surface 100s of the substrate 100 and the liner film 106 surrounding the penetrating electrode 108 can be exposed by the trench 111. [ The distance W1 between the inner surface 100s of the substrate 100 and the liner film 106 or the trench 111 may be substantially the same along the penetrating electrode 108. [ As another example, the width W1 of the trench 111 may become smaller or larger along the penetrating electrode 108. [ The inner surface 100s may be a surface extending substantially straight or obliquely linearly connecting the active surface 100a and the inactive surface 100c.

도 2g를 참조하면, 산화물이나 질화물 혹은 폴리머를 증착 공정(예: CVD)으로 증착하여 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 스텝 커버리지 특성 혹은 증착공정 조건에 따라 기판(100)의 비활성면(100c)으로부터 트렌치(111)의 내부로 확장된 하부절연막(114)이 형성될 수 있다. 일례로서, 하부절연막(114)이 트렌치(111)의 내부로 확장되게 하고 그리고 의도적으로 트렌치(111)의 입구나 그 근처에서 오버행(114d)이 발생되도록 하여 트렌치(111)의 입구가 하부절연막(114)에 의해 막히도록 할 수 있다. Referring to FIG. 2G, the lower insulating film 114 may be formed by depositing an oxide, a nitride, or a polymer by a deposition process (e.g., CVD). The lower insulating film 114 extending from the inactive surface 100c of the substrate 100 to the inside of the trench 111 may be formed according to the step coverage characteristic or the deposition process condition. The lower insulating film 114 is extended to the inside of the trench 111 and the overhang 114d is intentionally generated at or near the entrance of the trench 111 so that the entrance of the trench 111 is connected to the lower insulating film 114).

도 2h를 참조하면, 하부절연막(114)에 의해 트렌치(111)가 밀폐되어 에어 갭(112)이 형성될 수 있다. 하부절연막(114)은 기판(100)의 비활성면(114a)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 내부로 확장된 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 비활성면(100c)으로부터 돌출된 관통전극(108)의 돌출부(108b)는 하부절연막(114)에 의해 감싸질 수 있다. 트렌치(111)의 내부에는 내부 절연막(114a)으로 둘러싸인 에어 갭(112)이 형성될 수 있다. 에어 갭(112)은 대체로 에어가 채워져 있어 1에 가까운 유전율을 가질 수 있다. 또는 에어 갭(112)은 진공 상태일 수 있어 유전율은 1일 수 있다. 관통전극(108)과 기판(100)의 내표면(100s)은 라이너막(106), 매우 낮은 유전율(예: 대략 1)을 가진 에어 갭(112), 그리고 내부 절연막(114b)에 의해 이격되고 전기적으로 절연될 수 있다.Referring to FIG. 2H, the trench 111 may be closed by the lower insulating layer 114 to form the air gap 112. The lower insulating film 114 may include an external insulating film 114a covering the inactive surface 114a of the substrate 100 and an internal insulating film 114b extending into the inside of the trench 111. [ The protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 protruding from the inactive surface 100c can be surrounded by the lower insulating film 114. [ An air gap 112 surrounded by the inner insulating film 114a may be formed in the trench 111. [ The air gap 112 is generally filled with air and can have a dielectric constant close to one. Or the air gap 112 may be in a vacuum state so that the dielectric constant may be one. The penetrating electrode 108 and the inner surface 100s of the substrate 100 are spaced apart by the liner film 106, the air gap 112 having a very low dielectric constant (e.g., approximately 1), and the inner insulating film 114b It can be electrically insulated.

도 2i를 참조하면, 관통전극(108)의 돌출부(도 2h의 108b)를 평탄화 공정으로 제거할 수 있다. 평탄화 공정은 화학기계적 연마 공정, 그라인딩 공정, 건식 공정, 또는 이들의 조합 등을 채택하여 진행할 수 있다. 평탄화 공정은 비활성면(100c) 상에 외부 절연막(114a)이 남아있을 정도로 진행할 수 있다. 평탄화 공정시 관통전극(108)의 돌출부(108b)를 감싸는 라이너막(106)과 하부절연막(114)이 함께 제거될 수 있다.Referring to FIG. 2i, protrusions (108b in FIG. 2H) of the penetrating electrode 108 can be removed by a planarization process. The planarization process may be carried out by employing a chemical mechanical polishing process, a grinding process, a dry process, or a combination thereof. The planarization process can proceed to such an extent that the external insulating film 114a remains on the inactive surface 100c. The liner film 106 and the lower insulating film 114 that surround the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be removed together during the planarization process.

도 2j를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c) 상에 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116)을 선택적으로 형성할 수 있다. 이에 따라 도 1a에 도시된 바와 동일 유사한 반도체 소자(1)를 형성할 수 있다. 하부배선(116)은 재배선될 수 있다. 하부배선(116)에 연결단자로서 솔더볼(118)이 더 접속될 수 있다. 다른 예로, 하부배선(116)을 형성하지 아니하고 관통전극(108)에 솔더볼(118)을 직접 부착할 수 있다. 또 다른 예로, 상부배선(110) 상에 솔더볼을 더 부착할 수 있다. 또 다른 예로, 상부배선(110)을 형성하지 않은 경우 관통전극(108)에 솔더볼을 부착할 수 있다.
Referring to FIG. 2J, a lower wiring 116 connected to the penetrating electrode 108 can be selectively formed on the non-active surface 100c of the substrate 100. FIG. Thus, a semiconductor element 1 similar to that shown in Fig. 1A can be formed. The lower wiring 116 can be rewired. A solder ball 118 may be further connected to the lower wiring 116 as a connection terminal. As another example, the solder ball 118 may be directly attached to the penetrating electrode 108 without forming the lower wiring 116. As another example, a solder ball may be further attached on the upper wiring 110. As another example, if the upper wiring 110 is not formed, a solder ball may be attached to the penetrating electrode 108.

<방법예1의 변형예들>&Lt; Modifications of Method Example 1 >

도 2k 내지 2n은 도 2j의 변형예들을 도시한 단면도이다. 도 2k 내지 2n에 도시된 변형예들은 본 명세서에 개시된 모든 실시예들에게도 적용될 수 있다.Figures 2k to 2n are cross-sectional views illustrating variations of Figure 2j. The modifications shown in Figs. 2k to 2n may be applied to all the embodiments disclosed herein.

도 2k를 참조하면, 도 2b에서 이미 상술한 바와 같이 라이너막(106)을 상부절연막(102)을 덮도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 라이너막(106)은 관통전극(108)의 측벽에서 기판(100)의 활성면(100a) 상으로 확장될 수 있다. Referring to FIG. 2K, the liner film 106 may be formed to cover the upper insulating film 102 as described above with reference to FIG. 2B. Thus, the liner film 106 can extend over the active surface 100a of the substrate 100 at the sidewall of the penetrating electrode 108. [

도 2l을 참조하면, 트렌치(111)는 상부절연막(102)을 더 관통하여 형성될 수 있고, 이에 따라 에어 갭(112)이 확장될 수 있다. 확장된 트렌치(111)를 형성할 때 상부절연막(102)과 함께 라이너막(106)이 식각되어 관통전극(108)의 측벽에 식각 손상이 가해질 수 있다. 라이너막(106)의 식각을 방지하기 위해 상부절연막(102)과 라이너막(106)은 식각선택비가 있는 물질로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 21, the trench 111 may be formed further through the upper insulating film 102, so that the air gap 112 can be expanded. When forming the extended trench 111, the liner film 106 may be etched together with the upper insulating film 102, and etch damage may be applied to the sidewalls of the penetrating electrode 108. In order to prevent the liner film 106 from being etched, the upper insulating film 102 and the liner film 106 may be formed of a material having an etch selectivity ratio.

도 2m을 참조하면, 비활성면(100c) 상에 절연체를 비교적 빠르게 증착하여 트렌치(111)의 입구에서 오버행이 발생하도록 하고 절연체가 트렌치(111)의 내부로 더 확장되지 않게 할 수 있다. 이에 따르면, 트렌치(111)의 입구를 막는 내부 절연막(114b)과 비활성면(100c)을 덮는 외부 절연막(114a)을 포함하는 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 트렌치(111)는 내부 절연막(114b)에 의해 밀폐되어 에어 갭(112)으로 형성될 수 있다. 관통전극(108)과 기판(100)의 내표면(100s)은 라이너막(106)과 에어 갭(112)에 의해 이격되고 전기적으로 절연될 수 있다. 라이너막(106)은 기판(100)의 내표면(100s)과 관통전극(108)이 직접 접촉하는 것을 막을 수 있다.Referring to FIG. 2m, an insulator may be deposited relatively quickly on the inactive surface 100c to cause overhang at the entrance of the trench 111 and to prevent the insulator from further expanding into the interior of the trench 111. The lower insulating film 114 including the inner insulating film 114b covering the entrance of the trench 111 and the outer insulating film 114a covering the inactive surface 100c can be formed. The trench 111 may be formed as an air gap 112 by being sealed by an inner insulating film 114b. The penetrating electrode 108 and the inner surface 100s of the substrate 100 are spaced apart and electrically insulated by the liner film 106 and the air gap 112. The liner film 106 can prevent direct contact between the inner surface 100s of the substrate 100 and the penetrating electrode 108. [

도 2n을 참조하면, 라이너막(106)을 형성하는 공정을 스킵할 수 있다. 내부 절연막(114b)은 관통전극(108)의 측벽을 감싸므로 라이너막 역할을 할 수 있다.
Referring to Figure 2n, the process of forming the liner film 106 may be skipped. The inner insulating film 114b covers the sidewall of the penetrating electrode 108 and can serve as a liner film.

<방법예 2>&Lt; Method 2 >

도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 도 3d는 도 3c의 변형예를 도시한 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3D is a sectional view showing a modification of FIG. 3C.

도 3a를 참조하면, 도 2a 내지 2f에서 설명한 바와 동일 유사한 공정으로 기판(100)을 선택적으로 식각하여 관통전극(108)의 주위를 둘러싸는 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 하부절연막(도 3b의 114)을 형성하기 이전에 제2 하부절연막(134)을 형성할 수 있다. 제2 하부절연막(134)은 기판(100)의 비활성면(100c)의 프로파일을 따라 굴곡된 형태로 형성될 수 있다. 제2 하부절연막(134)은 트렌치(111)의 내벽을 따라 콘포말하게 형성될 수 있고, 이에 따라 관통전극(108)의 측벽 상에 라이너막(106)과 제2 하부절연막(134)이 중첩될 수 있다. 제2 하부절연막(134)은 기판(100)의 비활성면(100c)을 덮고 관통전극(108)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 일례로서, 절연체(예: 산화막, 질화막, 폴리머 등)를 증착하여 제2 하부절연막(134)을 형성하되, 트렌치(111)의 입구를 막지 않을 정도의 비교적 느린 성장 속도를 가지는 증착 공정을 채택할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the substrate 100 may be selectively etched by a similar process as described with reference to FIGS. 2A to 2F to form a trench 111 surrounding the through electrode 108. FIG. The second lower insulating film 134 may be formed before forming the lower insulating film 114 (FIG. 3B). The second lower insulating film 134 may be formed in a bent shape along the profile of the inactive surface 100c of the substrate 100. [ The second lower insulating film 134 may be formed in conformity with the inner wall of the trench 111 so that the liner film 106 and the second lower insulating film 134 are overlapped on the sidewalls of the penetrating electrode 108 . The second lower insulating film 134 may be formed to cover the passive surface 100c of the substrate 100 and surround the penetrating electrode 108. [ As an example, a deposition process having a relatively slow growth rate such that the second lower insulating film 134 is formed by depositing an insulator (e.g., an oxide film, a nitride film, a polymer or the like) but not the entrance of the trench 111 .

도 3b를 참조하면, 제2 하부절연막(134) 상에 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 일례로, 제2 하부절연막(134) 상에 절연체를 비교적 빠르게 증착하여 트렌치(111)의 입구에서 오버행이 발생하도록 하여 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 하부절연막(114)은 비활성면(100c) 상에서 제2 하부절연막(134)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 입구를 막는 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 내부 절연막(114b)은 트렌치(111)의 내부로 더 확장되지 않을 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제2 하부절연막(134)과 내부 절연막(114a)에 의해 둘러싸인 에어 갭(112)이 형성될 수 있다. 기판(100)의 비활성면(100c) 상에는 제2 하부절연막(134) 상에 외부 절연막(114a)이 적층된 이중막 구조가 형성될 수 있고, 트렌치(111)의 내부에는 제2 하부절연막(134)으로 구성된 단일막 구조가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3B, a lower insulating layer 114 may be formed on the second lower insulating layer 134. For example, the insulator may be relatively rapidly deposited on the second lower insulating film 134 to cause an overhang at the entrance of the trench 111 to form the lower insulating film 114. The lower insulating film 114 may include an external insulating film 114a covering the second lower insulating film 134 on the inactive surface 100c and an internal insulating film 114b covering the entrance of the trench 111. [ The inner insulating film 114b may not extend further into the inside of the trench 111. [ According to this embodiment, the air gap 112 surrounded by the second lower insulating film 134 and the inner insulating film 114a may be formed. A double layer structure in which an external insulating layer 114a is laminated on the second lower insulating layer 134 may be formed on the inactive surface 100c of the substrate 100. Inside the trench 111, ) May be formed.

도 3c를 참조하면, 평탄화 공정으로 관통전극(108)의 돌출부(도 3b의 108b)를 제거할 수 있다. 선택적으로, 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116)을 더 형성할 수 있다. 평탄화 공정에 의해 관통전극(108)의 돌출부(108b)를 감싸는 하부절연막(114), 제2 하부절연막(134) 및 라이너막(106)이 더 제거될 수 있다. 관통전극(108)과 기판(100)의 내표면(100s) 사이에는 에어 갭(112)이 형성되어 있어 관통전극(108)은 기판(100)과 전기적으로 절연될 수 있다. 아울러, 관통전극(108)의 측벽 상에 라이너막(106)과 제2 하부절연막(134)이 이중으로 형성되어 있고, 기판(100)의 내표면(100s)에는 제2 하부절연막(134)이 형성되어 있기 때문에 기판(100)의 내표면(100s)과 관통전극(108)의 접촉이 방지될 수 있다. 관통전극(108)이 구리를 포함하는 경우 라이너막(106)과 제2 하부절연막(134) 중 적어도 어느 하나를 질화막으로 형성하여 구리 확산 배리어막 역할을 하게 할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the projecting portion (108b in FIG. 3B) of the penetrating electrode 108 can be removed by the planarization process. Alternatively, the lower wiring 116 connected to the penetrating electrode 108 can be further formed. The lower insulating film 114, the second lower insulating film 134, and the liner film 106 that surround the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be further removed by the planarization process. An air gap 112 is formed between the penetrating electrode 108 and the inner surface 100s of the substrate 100 so that the penetrating electrode 108 can be electrically insulated from the substrate 100. [ A liner film 106 and a second lower insulating film 134 are formed on the sidewalls of the penetrating electrode 108. A second lower insulating film 134 is formed on the inner surface 100s of the substrate 100 Contact between the inner surface 100s of the substrate 100 and the penetrating electrode 108 can be prevented. When the penetrating electrode 108 includes copper, at least one of the liner film 106 and the second lower insulating film 134 may be formed of a nitride film to serve as a copper diffusion barrier film.

다른 예로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제2 하부절연막(134)을 형성한 다음에 하부절연막(134)을 형성하지 아니하고 관통전극(108)의 돌출부(도 3b의 108b)를 제거하는 평탄화 공정을 진행할 수 있다. 관통전극(108)에는 솔더볼(119)을 부착할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 트렌치(111)는 개방된 형태를 지니게 되고 관통전극(108)과 기판(100)의 내표면(100s) 사이에 제공되는 에어 갭 역할을 할 수 있다.
As another example, as shown in FIG. 3D, a planarization process (see FIG. 3B) in which the protruding portion (108b in FIG. 3B) of the penetrating electrode 108 is removed without forming the lower insulating film 134 after the second lower insulating film 134 is formed . The solder ball 119 may be attached to the penetrating electrode 108. According to the present embodiment, the trench 111 has an open shape and can serve as an air gap provided between the penetrating electrode 108 and the inner surface 100s of the substrate 100. [

<방법예 3>&Lt; Method 3 >

도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 도 2a 내지 2f에서 설명한 바와 동일 유사한 공정으로 기판(100)을 선택적으로 식각하여 관통전극(108)의 주위를 둘러싸는 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 예컨대, 기판(100)의 비활성면(100c) 상에 마스크(92)를 형성하고, 마스크(92)를 이용한 등방성 건식 식각으로 기판(100)을 식각하여 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 마스크(92)로 덮혀진 기판(100)이 언더 컷팅되어 기판(100)의 내표면(100s)은 관통전극(108)을 바라보는 방향으로 대체로 오목한 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 트렌치(111)는 그 폭(W2)이 관통전극(108)을 따라 증가하였다가 감소하는 볼록한 프로파일을 가질 수 있다.Referring to FIG. 4A, the substrate 100 may be selectively etched by a similar process as described with reference to FIGS. 2A to 2F to form the trench 111 surrounding the through electrode 108. FIG. For example, a mask 92 may be formed on the inactive surface 100c of the substrate 100, and the substrate 100 may be etched by isotropic dry etching using a mask 92 to form the trench 111. [ The substrate 100 covered with the mask 92 is undercut so that the inner surface 100s of the substrate 100 may have a substantially concave shape in a direction looking at the penetrating electrode 108. [ Accordingly, the trench 111 can have a convex profile whose width W2 increases and then decreases along the penetrating electrode 108. [0050]

도 4b를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c)과 관통전극(108)의 돌출부(108b)를 덮는 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 하부절연막(114)은 비활성면(100c)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 내부로 확장되고 트렌치(111)의 입구를 막는 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 트렌치(111)의 내부에는 내부 절연막(114b)으로 둘러싸인 대체로 볼록한 프로파일을 갖는 에어 갭(112)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4B, a lower insulating layer 114 covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be formed. The lower insulating film 114 may include an external insulating film 114a covering the inactive surface 100c and an internal insulating film 114b extending into the inside of the trench 111 and blocking the entrance of the trench 111. [ Accordingly, an air gap 112 having a generally convex profile surrounded by the inner insulating film 114b may be formed in the trench 111. [

도 4c를 참조하면, 평탄화 공정으로 관통전극(108)의 돌출부(도 4b의 108b)를 제거할 수 있다. 선택적으로 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116) 및/또는 솔더볼(118)을 더 형성할 수 있다. 본 일례에 따르면, 에어 갭(112)은 볼록한 프로파일을 가질 수 있으므로 관통전극(108)과 기판(100)과의 접촉 가능성을 최소화할 수 있다.
Referring to FIG. 4C, the projecting portion (108b in FIG. 4B) of the penetrating electrode 108 can be removed by the planarization process. A lower wiring 116 and / or a solder ball 118 which selectively connects to the penetrating electrode 108 can be further formed. According to this example, the air gap 112 can have a convex profile, so that the possibility of contact between the penetrating electrode 108 and the substrate 100 can be minimized.

<방법예 4>&Lt; Method 4 >

도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 도 2a 내지 2f에서 설명한 바와 동일 유사한 공정으로 기판(100)을 선택적으로 식각하여 관통전극(108)의 주위를 둘러싸는 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 예컨대, 등방성 식각과 폴리머 증착을 수회 반복하여 관통전극(108)과 인접한 기판(100)의 일부를 제거할 수 있다. 이에 따르면, 기판(100)의 내표면(100s)은 언더 컷팅된 오목한 형태가 반복되므로써, 물결(scallop) 모양의 트렌치(111)가 형성될 수 있다. 트렌치(111)의 폭(W3)은 관통적극(108)의 측벽을 따라 증감을 반복할 수 있다. 상기 등방성 식각과 폴리머 증착의 반복 횟수를 늘릴수록 기판(100)의 내표면(100s)이 물결(scallop) 패턴에서 플랫(flat) 패턴으로 변하게 될 수 있다. 따라서, 등방성 식각 공정을 이용한다 하더라도 이방성 식각 공정을 이용한 것과 동일 유사하게 수직한(vertical) 측벽을 갖는 트렌치(111)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5A, the substrate 100 may be selectively etched by a similar process as described with reference to FIGS. 2A to 2F to form the trench 111 surrounding the through electrode 108. FIG. For example, the isotropic etching and the polymer deposition may be repeated several times to remove a portion of the substrate 100 adjacent to the penetrating electrode 108. According to this, the inner surface 100s of the substrate 100 can be formed with a scallop-shaped trench 111 by repeating the undercutted concave shape. The width W3 of the trench 111 can be repeatedly increased or decreased along the side wall of the penetrating positive electrode 108. [ As the number of repetitions of the isotropic etching and the polymer deposition is increased, the inner surface 100s of the substrate 100 may be changed from a scallop pattern to a flat pattern. Accordingly, even if an isotropic etching process is used, the trench 111 having vertical sidewalls similar to those using the anisotropic etching process can be formed.

도 5b를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c)과 관통전극(108)의 돌출부(108b)를 덮는 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 하부절연막(114)은 기판(100)의 비활성면(100c)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 내부로 확장된 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 트렌치(111)의 내부엔 내부 절연막(114a)으로 둘러싸인 대체로 물결 형태의 프로파일을 갖는 에어 갭(112)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5B, a lower insulating layer 114 covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be formed. The lower insulating film 114 may include an external insulating film 114a covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and an internal insulating film 114b extending into the interior of the trench 111. [ An air gap 112 having a generally wavy profile surrounded by an inner insulating film 114a may be formed inside the trench 111. [

도 5c를 참조하면, 평탄화 공정으로 관통전극(108)의 돌출부(도 5b의 108b)를 제거하고, 선택적으로 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116) 및/또는 솔더볼(118)을 더 형성할 수 있다.
5C, the protruding portion (108b in FIG. 5B) of the penetrating electrode 108 is removed by the planarizing process and the lower wiring 116 and / or the solder ball 118 selectively connected to the penetrating electrode 108 .

<방법예 5>&Lt; Method 5 >

도 6a 내지 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 도 6g 및 6h는 도 6f의 변형예들을 도시한 단면도이다.6A to 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Figs. 6G and 6H are cross-sectional views showing variations of Fig. 6F.

도 6a를 참조하면, 기판(100)을 식각 혹은 레이저 드릴링하여 홀(104)을 형성하고, 그 홀(104) 내에 희생막(136)과 라이너막(106)을 형성할 수 있다. 라이너막(106)과 희생막(136)은 산화막, 질화막, 혹은 폴리머막을 증착하여 형성할 수 있다. 희생막(136)은 홀(104)의 내벽을 따라 U자 형상으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 희생막(136)은 홀(104) 내벽을 따라 그리고 기판(100)의 활성면(100a)을 따라 연장되는 형상으로 형성할 수 있다. 라이너막(106)은 희생막(136)과 식각선택비가 있는 물질을 증착하여 희생막(136)과 기판(100)의 활성면(100a)을 덮는 형태로 형성할 수 있다. 일례로, 라이너막(106)은 산화막이나 질화막으로 형성하고, 희생막(136)은 폴리머막으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 라이너막(106)은 폴리머막이나 질화막으로 형성하고 희생막(136)은 산화막으로 혹은 이의 역으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 기판(100)이 단결정 실리콘으로 구성된 경우, 희생막(136)은 다결정 실리콘으로 형성하고, 라이너막(106)은 산화막이나 질화막으로 형성할 수 있다.6A, a hole 104 is formed by etching or laser drilling a substrate 100, and a sacrificial layer 136 and a liner layer 106 are formed in the hole 104. The liner film 106 and the sacrificial film 136 can be formed by depositing an oxide film, a nitride film, or a polymer film. The sacrificial layer 136 may be formed in a U-shape along the inner wall of the hole 104. As another example, the sacrificial layer 136 may be formed in a shape that extends along the inner wall of the hole 104 and along the active surface 100a of the substrate 100. The liner film 106 may be formed in a form that covers the sacrificial layer 136 and the active surface 100a of the substrate 100 by depositing a sacrifice layer 136 and a material having an etch selectivity. For example, the liner film 106 may be formed of an oxide film or a nitride film, and the sacrifice film 136 may be formed of a polymer film. As another example, the liner film 106 may be formed of a polymer film or nitride film and the sacrificial film 136 may be formed of an oxide film or vice versa. As another example, when the substrate 100 is composed of monocrystalline silicon, the sacrificial layer 136 may be formed of polycrystalline silicon, and the liner layer 106 may be formed of an oxide layer or a nitride layer.

도 6b를 참조하면, 홀(104) 내에 관통전극(108)을 형성할 수 있다. 관통전극(108)은 홀(104) 내에서 라이너막(106)을 덮는 형태로 형성할 수 있다. 관통전극(108)과 연결되는 상부배선(110)을 더 형성할 수 있다. 다른 예로, 관통전극(108)과 상부배선(110)을 동시에 형성할 수 있다. 또 다른 예로, 상부배선(110)의 형성 과정을 스킵할 수 있다.Referring to FIG. 6B, a penetrating electrode 108 may be formed in the hole 104. The penetrating electrode 108 may be formed to cover the liner film 106 in the hole 104. The upper wiring 110 connected to the penetrating electrode 108 can be further formed. As another example, the penetrating electrode 108 and the upper wiring 110 can be formed at the same time. As another example, the formation process of the upper wiring 110 can be skipped.

도 6c를 참조하면, 기판(100)을 구성하는 물질, 가령 실리콘을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 이용한 식각 공정, 그라인딩 공정, 화학기계적 연마 공정, 스핀 에칭 공정, 혹은 이들의 조합 등으로 기판(100)의 하면(100b)을 리세스할 수 있다. 상기 리세스에 의해 기판(100)의 두께가 얇아지게 되어 관통전극(108)을 노출시키는 비활성면(100c)이 생성될 수 있다. 상기 리세스 공정은 관통전극(108)을 감싸는 희생막(136)의 일부를 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 6C, the substrate 100 may be etched by using an etchant, a grinding process, a chemical mechanical polishing process, a spin etching process, or a combination thereof, It is possible to recess the lower surface 100b of the base 100. The thickness of the substrate 100 is reduced by the recesses, and an inactive surface 100c for exposing the penetrating electrode 108 can be produced. The recess process may expose a portion of the sacrificial layer 136 surrounding the penetrating electrode 108.

도 6d를 참조하면, 희생막(도 6c의 136)을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 이용한 식각 공정으로 희생막(136)을 제거할 수 있다. 일례로, 희생막(136)은 기판(100)을 뒤집은 다음에 제거할 수 있다. 이에 따라, 관통전극(108)을 따라 연장된 트렌치(111)가 형성될 수 있다. 희생막(136)을 폴리머막으로 형성한 경우 애싱 공정으로 희생막(136)을 제거하여 트렌치(111)를 형성할 수 있다. 다결정 실리콘과 단결정 실리콘은 식각 속도가 상이할 수 있다. 일례로, 희생막(136)이 다결정 실리콘으로 형성한 경우, 단결정 실리콘인 기판(100)에 비해 식각 속도가 상대적으로 크므로 희생막(136)이 선택적으로 제거되어 트렌치(111)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6D, the sacrificial layer 136 may be removed by etching using an etchant capable of selectively removing the sacrificial layer 136 (FIG. 6C). In one example, the sacrificial layer 136 can be removed after the substrate 100 is turned upside down. Accordingly, the trench 111 extending along the penetrating electrode 108 can be formed. If the sacrificial layer 136 is formed of a polymer layer, the sacrifice layer 136 may be removed by an ashing process to form the trench 111. Polycrystalline silicon and single crystal silicon may have different etching rates. For example, when the sacrifice layer 136 is formed of polycrystalline silicon, the sacrifice layer 136 is selectively removed because the etching rate is relatively larger than that of the substrate 100, which is a single crystal silicon, to form the trench 111 have.

도 6e를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c)과 관통전극(108)의 돌출부(108b)을 덮는 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 하부절연막(114)은 기판(100)의 비활성면(100c)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 내부로 확장되어 트렌치(111)의 입구를 막는 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 트렌치(111)의 내부엔 내부 절연막(114a)으로 둘러싸인 에어 갭(112)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6E, a lower insulating film 114 covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be formed. The lower insulating film 114 includes an external insulating film 114a covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and an internal insulating film 114b extending to the inside of the trench 111 to block the entrance of the trench 111 . An air gap 112 surrounded by the inner insulating film 114a may be formed inside the trench 111. [

도 6f를 참조하면, 평탄화 공정으로 관통전극(108)의 돌출부(도 6e의 108b)를 제거할 수 있다. 선택적으로, 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116) 및/또는 솔더볼(118)을 더 형성할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 기판(100)을 식각하지 아니하고 트렌치(111)를 형성할 수 있기 때문에 기판(100)에 가해지는 식각 손상을 없앨 수 있다.Referring to FIG. 6F, the projecting portion (108b in FIG. 6E) of the penetrating electrode 108 can be removed by the planarization process. Alternatively, the lower wiring 116 and / or the solder ball 118 connected to the penetrating electrode 108 may be further formed. According to the present embodiment, since the trench 111 can be formed without etching the substrate 100, etching damage to the substrate 100 can be eliminated.

다른 예로, 도 6g에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 활성면(100a) 상에 상부절연막(102)이 더 형성되어 있을 수 있다. 트렌치(111)는 상부절연막(102)을 더 관통하여 형성될 수 있고, 따라서 에어 갭(112)은 상부배선(110)쪽으로 확장될 수 있다.As another example, an upper insulating film 102 may be further formed on the active surface 100a of the substrate 100, as shown in FIG. 6G. The trench 111 may be formed further through the upper insulating film 102 so that the air gap 112 may extend toward the upper wiring 110.

다른 예로, 도 6h에서 보여지듯이, 하부절연막(114)의 내부 절연막(114b)은 트렌치(111)의 입구를 막을 수 있는 정도로 트렌치(111)의 내부로 제한적으로 확장될 수 있다. 에어 갭(112)은 내부 절연막(114b)으로 둘러싸이지 아니할 수 있다.
6H, the inner insulating film 114b of the lower insulating film 114 can be limitedly extended to the inside of the trench 111 to such an extent that the opening of the trench 111 can be blocked. The air gap 112 may not be surrounded by the inner insulating film 114b.

<방법예 6>&Lt; Method 6 >

도 7a 내지 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 도 7g 및 7h는 도 7f의 변형예들을 도시한 단면도이다.7A to 7F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Figs. 7G and 7H are cross-sectional views showing variations of Fig. 7F.

도 7a를 참조하면, 기판(100)을 식각하거나 레이저 드릴링하여 홀(104)을 형성하고, 그 홀(104) 내에 라이너막(106)을 형성할 수 있다. 라이너막(106)은 홀(104)의 내벽을 따라 U자 형상을 가질 수 있다. 다른 예로, 라이너막(106)은 홀(104)의 내벽을 따라 그리고 기판(100)의 활성면(100a)을 따라 연장되는 형상으로 형성할 수 있다. 홀(104) 내에 희생막(136)을 형성할 수 있다. 희생막(136)은 라이너막(106)과 식각 선택비가 있는 물질을 증착하여 홀(104) 내에서 라이너막(106)을 덮는 형태로 형성할 수 있다. 일례로, 라이너막(106)은 산화막이나 질화막으로 형성하고, 희생막(136)은 폴리머막으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 라이너막(106)은 폴리머막이나 질화막으로 형성하고 희생막(136)은 산화막으로 혹은 이의 역으로 형성할 수 있다. 다른 예로, 희생막(136)은 다결정 실리콘막으로 형성하고 라이너막(106)은 질화막이나 산화막 혹은 폴리머막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7A, a hole 104 may be formed by etching or laser drilling a substrate 100, and a liner film 106 may be formed in the hole 104. The liner film 106 may have a U-shape along the inner wall of the hole 104. As another example, the liner film 106 may be formed in a shape that extends along the inner wall of the hole 104 and along the active surface 100a of the substrate 100. The sacrificial film 136 can be formed in the hole 104. [ The sacrificial layer 136 may be formed by depositing a material having an etch selectivity with the liner layer 106 to cover the liner layer 106 in the hole 104. For example, the liner film 106 may be formed of an oxide film or a nitride film, and the sacrifice film 136 may be formed of a polymer film. As another example, the liner film 106 may be formed of a polymer film or nitride film and the sacrificial film 136 may be formed of an oxide film or vice versa. As another example, the sacrificial film 136 may be formed of a polysilicon film and the liner film 106 may be formed of a nitride film, an oxide film, or a polymer film.

도 7b를 참조하면, 홀(104) 내에 관통전극(108)을 형성할 수 있다. 관통전극(108)은 홀(104) 내에서 희생막(136)을 덮는 형태로 형성할 수 있다. 관통전극(108)과 연결되는 상부배선(110)을 더 형성할 수 있다. 관통전극(108)과 상부배선(110)은 동시에 형성할 수 있다. 또는 상부배선(110)을 형성하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 7B, a penetrating electrode 108 may be formed in the hole 104. The penetrating electrode 108 may be formed to cover the sacrificial layer 136 in the hole 104. The upper wiring 110 connected to the penetrating electrode 108 can be further formed. The penetrating electrode 108 and the upper wiring 110 can be formed at the same time. Or the upper wiring 110 may not be formed.

도 7c를 참조하면, 식각, 그라인딩, 화학기계적 연마, 스핀 에칭, 혹은 이들을 조합한 공정으로 기판(100)의 하면(100b)을 리세스하여 관통전극(108)을 노출시킬 수 있다. 상기 리세스 공정에 의해 기판(100)은 두께가 얇아지고 하면(100b)에 비해 활성면(100a)에 더 인접한 비활성면(100c)이 형성될 수 있다. 라이너막(106)은 비활성면(100c)으로부터 노출될 수 있고, 노출된 라이너막(106)을 선택적으로 제거할 수 있다.Referring to FIG. 7C, the bottom surface 100b of the substrate 100 may be recessed to expose the penetrating electrode 108 by etching, grinding, chemical mechanical polishing, spin etching, or a combination thereof. The substrate 100 may have a reduced thickness and an inactive surface 100c closer to the active surface 100a than the bottom surface 100b by the recess process. The liner film 106 can be exposed from the inactive surface 100c and can selectively remove the exposed liner film 106. [

도 7d를 참조하면, 희생막(도 7c의 136)을 선택적으로 제거할 수 있는 에천트를 이용한 식각 공정으로 희생막(136)을 제거할 수 있다. 이에 따라, 관통전극(108)을 따라 연장된 트렌치(111)가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 라이너막(106)은 기판(100)의 내표면(100s) 상에 제공될 수 있다.Referring to FIG. 7D, the sacrificial layer 136 may be removed by etching using an etchant capable of selectively removing the sacrificial layer 136 (FIG. 7C). Accordingly, the trench 111 extending along the penetrating electrode 108 can be formed. According to the present embodiment, the liner film 106 may be provided on the inner surface 100s of the substrate 100. [

도 7e를 참조하면, 기판(100)의 비활성면(100c)과 관통전극(108)의 돌출부(108b)를 덮는 하부절연막(114)을 형성할 수 있다. 하부절연막(114)은 기판(100)의 비활성면(114a)을 덮는 외부 절연막(114a)과, 트렌치(111)의 내부로 확장되어 트렌치(111)의 입구를 막아 에어 갭(112)을 형성하는 내부 절연막(114b)을 포함할 수 있다. 7E, a lower insulating film 114 covering the inactive surface 100c of the substrate 100 and the protruding portion 108b of the penetrating electrode 108 can be formed. The lower insulating film 114 has an outer insulating film 114a covering the inactive surface 114a of the substrate 100 and an outer insulating film 114b extending into the trench 111 to form an air gap 112 by blocking the inlet of the trench 111 And may include an inner insulating film 114b.

도 7f를 참조하면, 평탄화 공정으로 관통전극(108)의 돌출부(도 7e의 108b)를 제거하고, 선택적으로 관통전극(108)과 접속하는 하부배선(116) 및/또는 솔더볼(118)을 더 형성할 수 있다. 본 실시예에 의하면 라이너막(106)이 기판(100)의 내표면(100s) 상에 형성되어 있더라도, 내부 절연막(114b)이 트렌치(111)의 내부로 확장되어 형성될 수 있으므로 관통전극(108)의 측벽에 라이너막이 형성된 것과 동일 유사한 구조를 얻을 수 있다.7F, the protruding portion (108b in FIG. 7E) of the penetrating electrode 108 is removed by the planarization process and the lower wiring 116 and / or the solder ball 118 selectively connected to the penetrating electrode 108 . Even if the liner film 106 is formed on the inner surface 100s of the substrate 100 according to the present embodiment, since the inner insulating film 114b can be formed by being extended to the inside of the trench 111, The same structure as that in which the liner film is formed on the sidewall of the sidewall is obtained.

다른 예로, 도 7g에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 활성면(100a) 상에 상부절연막(102)이 더 형성되어 있을 수 있다. 트렌치(111)는 상부절연막(102)을 더 관통하여 형성될 수 있고, 이에 따라 에어 갭(112)이 상부배선(110)쪽으로 확장될 수 있다.As another example, an upper insulating film 102 may be further formed on the active surface 100a of the substrate 100, as shown in FIG. 7G. The trench 111 may be formed further through the upper insulating film 102 so that the air gap 112 can extend toward the upper wiring 110.

다른 예로, 도 7h에 보여지듯이, 하부절연막(114)의 내부 절연막(114b)은 트렌치(111)의 입구를 막을 수 있는 정도로 트렌치(111)의 내부로 제한적으로 확장될 수 있다.
7H, the inner insulating film 114b of the lower insulating film 114 can be limitedly extended to the inside of the trench 111 to such an extent that the opening of the trench 111 can be blocked.

<응용예><Application example>

도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 구비한 메모리 카드를 도시한 블록도이다.8A is a block diagram illustrating a memory card having a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 8a를 참조하면, 메모리 카드(1200)는 호스트와 메모리(1210) 간의 제반 데이터 교환을 제어하는 메모리 컨트롤러(1220)를 포함할 수 있다. 에스램(1221)은 중앙처리장치(1222)의 동작 메모리로서 사용될 수 있다. 호스트 인터페이스(1223)는 메모리 카드(1200)와 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비할 수 있다. 오류 수정 코드(1224)는 메모리(1210)로부터 독출된 데이터에 포함되는 오류를 검출 및 정정할 수 있다. 메모리 인터페이스(1225)는 메모리(1210)와 인터페이싱한다. 중앙처리장치(1222)는 메모리 컨트롤러(1220)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행할 수 있다. 메모리(1210)는 본 발명의 실시예에 따른 관통전극을 갖는 반도체 메모리 소자(1)를 포함할 수 있다.8A, a memory card 1200 may include a memory controller 1220 that controls the overall exchange of data between a host and a memory 1210. The SRAM 1221 may be used as an operating memory of the central processing unit 1222. [ The host interface 1223 may have a data exchange protocol of the host connected to the memory card 1200. [ The error correction code 1224 can detect and correct an error included in the data read from the memory 1210. The memory interface 1225 interfaces with the memory 1210. The central processing unit 1222 can perform all control operations for data exchange of the memory controller 1220. [ The memory 1210 may include a semiconductor memory device 1 having a penetrating electrode according to an embodiment of the present invention.

도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 응용한 정보 처리 시스템을 도시한 블록도이다.8B is a block diagram illustrating an information processing system using semiconductor devices according to an embodiment of the present invention.

도 8b를 참조하면, 정보 처리 시스템(1300)은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자들(1)를 구비한 메모리 시스템(1310)을 포함할 수 있다. 정보 처리 시스템(1300)은 모바일 기기나 컴퓨터 등을 포함할 수 있다. 일례로, 정보 처리 시스템(1300)은 시스템 버스(1360)에 전기적으로 연결된 메모리 시스템(1310), 모뎀(1320), 중앙처리장치(1330), 램(1340), 유저인터페이스(1350)를 포함할 수 있다. 메모리 시스템(1310)은 메모리(1311)와 메모리 컨트롤러(1312)를 포함할 수 있고, 도 8a의 메모리 카드(1200)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 이러한 메모리 시스템(1310)에는 중앙처리장치(1330)에 의해서 처리된 데이터 또는 외부에서 입력된 데이터가 저장될 수 있다. 정보 처리 시스템(1300)은 메모리 카드, 반도체 디스크 장치(Solid State Disk), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Sensor) 및 그 밖의 응용 칩셋(Application Chipset)으로 제공될 수 있다.
8B, an information processing system 1300 may include a memory system 1310 with semiconductor devices 1 according to an embodiment of the present invention. The information processing system 1300 may include a mobile device, a computer, or the like. In one example, the information processing system 1300 includes a memory system 1310, a modem 1320, a central processing unit 1330, a RAM 1340, and a user interface 1350 that are electrically coupled to the system bus 1360 . The memory system 1310 may include a memory 1311 and a memory controller 1312 and may be configured substantially the same as the memory card 1200 of FIG. 8A. The memory system 1310 may store data processed by the central processing unit 1330 or externally input data. The information processing system 1300 may be provided as a memory card, a solid state disk, a camera image sensor, and other application chipsets.

이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention. The appended claims should be construed to include other embodiments.

Claims (32)

활성면과 그 반대면인 비활성면을 포함하는 기판과;
상기 기판을 관통하는 관통전극과;
상기 기판과 상기 관통전극 사이에 제공된 트렌치와;
상기 관통전극의 측벽 상에 제공된 절연성 라이너막; 그리고
상기 기판의 비활성면을 덮으며, 상기 트렌치의 내부로 확장되어 상기 트렌치의 내부에 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 에어 갭을 형성하는 하부절연막을;
포함하되,
상기 하부절연막은:
상기 기판의 비활성면을 덮는 외부 절연막과; 그리고
상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치의 내부로 연장되고, 상기 트렌치의 입구를 밀봉하여 상기 에어 갭을 정의하는 내부 절연막을 포함하고,
상기 트렌치의 내측벽들 및 상기 절연성 라이너막은 상기 에어갭에 부분적으로 노출되고, 노출된 상기 트렌치의 상기 내측벽들 및 노출된 상기 절연성 라이너막은 상기 에어갭의 가장자리를 정의하는 반도체 소자.
A substrate comprising an active surface and an inactive surface opposite thereto;
A penetrating electrode passing through the substrate;
A trench provided between the substrate and the penetrating electrode;
An insulating liner film provided on a sidewall of the penetrating electrode; And
A lower insulating layer covering an inactive surface of the substrate and extending into the trench to form an air gap between the substrate and the penetrating electrode in the trench;
Including,
Wherein the lower insulating film comprises:
An external insulating layer covering the inactive surface of the substrate; And
And an inner insulating film extending from the outer insulating film to extend into the trench and defining an air gap by sealing an inlet of the trench,
The inner walls of the trench and the insulating liner film are partially exposed to the air gap, and the inner walls of the exposed trench and the exposed insulating liner film define the edge of the air gap.
제1항에 있어서,
상기 기판 및 상기 관통 전극 사이의 거리는 상기 절연성 라이너막의 두께보다 더 두꺼운 반도체 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the distance between the substrate and the penetrating electrode is thicker than the thickness of the insulating liner film.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기판의 활성면을 덮는 상부절연막을 더 포함하고, 상기 트렌치는 상기 기판의 비활성면을 향하는 일측이 개방되고 상기 기판의 활성면을 향하는 타측이 상기 상부절연막에 의해 밀폐된 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And an upper insulating layer covering an active surface of the substrate, wherein the trench is open at one side toward the inactive surface of the substrate and the other side toward the active surface of the substrate is sealed by the upper insulating layer.
제5항에 있어서,
상기 기판과 상기 상부절연막 사이에 제공된 층간절연막을 더 포함하고, 상기 관통전극은 상기 층간절연막을 더 관통하는 반도체 소자.
6. The method of claim 5,
Further comprising an interlayer insulating film provided between the substrate and the upper insulating film, wherein the penetrating electrode further penetrates the interlayer insulating film.
제6항에 있어서,
상기 에어 갭은 상기 기판의 비활성면 및 활성면 사이에서 상기 관통전극의 측벽을 따라 수직하게 연장된 반도체 소자.
The method according to claim 6,
Wherein the air gap extends vertically along a side wall of the penetrating electrode between an inactive surface and an active surface of the substrate.
제6항에 있어서,
상기 에어 갭은 상기 기판의 비활성면 및 상기 상부절연막 사이에서 상기 관통전극의 측벽을 따라 수직하게 연장된 반도체 소자.
The method according to claim 6,
Wherein the air gap extends vertically along the side wall of the penetrating electrode between the inactive surface of the substrate and the upper insulating film.
활성면과 그 반대면인 비활성면을 포함하는 기판과;
상기 기판을 관통하는 관통전극과;
상기 기판과 상기 관통전극 사이에 제공된 트렌치와;
상기 관통전극의 측벽 상에 제공된 절연성 라이너막; 그리고
상기 기판의 비활성면을 덮으며, 상기 트렌치의 내부로 확장되어 상기 트렌치의 내부에 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 에어 갭을 형성하는 하부절연막을;포함하되,
상기 하부절연막은 제1 하부절연막과 제2 하부절연막을 포함하고,
상기 제1 하부절연막은 상기 기판의 비활성면을 덮는 외부 절연막과 상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치를 밀폐시키는 내부 절연막을 포함하고; 그리고
상기 제2 하부절연막은 상기 기판의 비활성면과 상기 외부 절연막 사이에 그리고 상기 트렌치의 내부로 제공되어, 상기 외부 절연막과 함께 상기 기판의 비활성면을 덮으며 상기 내부 절연막과 함께 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이루는 반도체 소자.
A substrate comprising an active surface and an inactive surface opposite thereto;
A penetrating electrode passing through the substrate;
A trench provided between the substrate and the penetrating electrode;
An insulating liner film provided on a sidewall of the penetrating electrode; And
And a lower insulating layer covering the inactive surface of the substrate and extending to the inside of the trench to form an air gap between the substrate and the penetrating electrode in the trench,
Wherein the lower insulating film includes a first lower insulating film and a second lower insulating film,
Wherein the first lower insulating film includes an outer insulating film covering the inactive surface of the substrate and an inner insulating film extending from the outer insulating film to seal the trench; And
Wherein the second lower insulating film is provided between the inactive surface of the substrate and the external insulating film and into the trench so as to cover the inactive surface of the substrate with the external insulating film and define the air gap with the internal insulating film A semiconductor device that forms a wall.
수평한 활성면과, 상기 활성면과 반대면을 이루는 비활성면과, 그리고 상기 활성면과 상기 비활성면을 잇는 내표면을 포함하는 기판과;
상기 기판을 수직하게 관통하며, 상기 기판의 상기 내표면과 이격된 관통전극과;
상기 기판의 상기 내표면과 상기 관통전극의 측벽 사이에 제공된, 상기 관통전극을 따라 연장된 에어 갭과;
상기 기판의 상기 내표면 및 상기 관통전극의 사이의 절연성 라이너막; 그리고
상기 에어 갭을 정의하는 하부절연막을;포함하고,
상기 기판은 상기 기판과 상기 관통전극 사이에 제공된 트렌치를 갖고,
상기 하부절연막은:
상기 비활성면을 덮는 외부 절연막과; 그리고
상기 외부 절연막으로부터 연장되어 상기 트렌치의 내부로 확장되고, 상기 트렌치의 입구를 밀봉하여 상기 에어 갭을 정의하는 내부 절연막을 포함하는 반도체 소자.
A substrate including a horizontal active surface, an inactive surface opposite to the active surface, and an inner surface connecting the active surface and the inactive surface;
A penetrating electrode vertically penetrating the substrate and spaced apart from the inner surface of the substrate;
An air gap extending between the inner surface of the substrate and a sidewall of the penetrating electrode, the air gap extending along the penetrating electrode;
An insulating liner film between the inner surface of the substrate and the penetrating electrode; And
And a lower insulating film defining the air gap,
Wherein the substrate has a trench provided between the substrate and the penetrating electrode,
Wherein the lower insulating film comprises:
An external insulating film covering the inactive surface; And
And an inner insulating film extending from the outer insulating film and extending to the inside of the trench, and sealing the entrance of the trench to define the air gap.
제10항에 있어서,
상기 내부 절연막은 상기 기판의 상기 내표면과 상기 관통전극의 측벽 상에 제공되며,
상기 내부 절연막은 상기 에어 갭을 정의하는 벽을 이루는 반도체 소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the inner insulating film is provided on the inner surface of the substrate and the side wall of the penetrating electrode,
Wherein the inner insulating film forms a wall defining the air gap.
제11항에 있어서,
상기 절연성 라이너막은 상기 관통전극의 상기 측벽을 덮고,
상기 관통전극과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막과 절연성 상기 라이너막이 개재되고, 상기 내표면과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막이 개재된 반도체 소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the insulating liner film covers the side wall of the penetrating electrode,
Wherein the inner insulating film is interposed between the penetrating electrode and the air gap, and the inner insulating film is interposed between the inner surface and the air gap.
제11항에 있어서,
상기 절연성 라이너막은 상기 기판의 상기 내표면을 덮고,
상기 내표면과 상기 에어 갭 사이에는 상기 절연성 라이너막과 상기 내부 절연막이 개재되고, 상기 관통전극과 상기 에어 갭 사이에는 상기 내부 절연막이 개재된 반도체 소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the insulating liner film covers the inner surface of the substrate,
Wherein the insulating liner film and the inner insulating film are interposed between the inner surface and the air gap, and the inner insulating film is interposed between the penetrating electrode and the air gap.
제11항에 있어서,
상기 외부 절연막은 이중막이고, 상기 내부 절연막은 단일막인 반도체 소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the external insulating film is a double film, and the internal insulating film is a single film.
제10항에 있어서,
상기 내표면은:
상기 관통전극을 따라 연장된 직선 형태;
상기 관통전극을 향하는 방향으로 오목한 형태; 및
상기 관통전극을 향하는 방향으로 오목한 형태가 반복되는 물결 형태;
중에서 어느 하나인 반도체 소자.
11. The method of claim 10,
Said inner surface comprising:
A linear shape extending along the penetrating electrode;
A concave shape in a direction toward the penetrating electrode; And
A wave form in which a concave shape is repeated in a direction toward the through electrode;
Wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
제10항에 있어서,
상기 활성면 상에 배치된 집적회로와;
상기 활성면 상에 제공되어 상기 집적회로를 덮는 층간절연막과; 그리고
상기 층간절연막을 덮는 상부절연막을;
더 포함하는 반도체 소자.
11. The method of claim 10,
An integrated circuit disposed on the active surface;
An interlayer insulating film provided on the active surface to cover the integrated circuit; And
An upper insulating film covering the interlayer insulating film;
.
제16항에 있어서,
상기 활성면과 상기 층간절연막과 그리고 상기 상부절연막 중 어느 하나 상에 제공되어 상기 관통전극을 상기 집적회로에 전기적으로 연결하는 상부배선과, 상기 하부절연막 상에 제공되어 상기 관통전극을 외부 장치에 전기적으로 연결하는 하부배선 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 반도체 소자.
17. The method of claim 16,
An upper wiring provided on one of the active surface, the interlayer insulating film, and the upper insulating film to electrically connect the penetrating electrode to the integrated circuit, and an upper wiring provided on the lower insulating film to electrically connect the penetrating electrode to an external device And a lower wiring connected to the semiconductor chip.
제17항에 있어서,
상기 상부배선은 상기 층간절연막 상에 제공되고,
상기 관통전극은 상기 층간절연막을 더 관통하여 상기 상부배선과 연결되고,
상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 활성면 사이에, 혹은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공된 반도체 소자.
18. The method of claim 17,
The upper wiring is provided on the interlayer insulating film,
Wherein the penetrating electrode is further connected to the upper wiring through the interlayer insulating film,
Wherein the air gap is provided between the inactive surface and the active surface, or between the inactive surface and the top wiring.
제17항에 있어서,
상기 상부배선은 상기 상부절연막 상에 제공되고,
상기 관통전극은 상기 층간절연막 및 상기 상부배선을 더 관통하여 상기 상부배선과 연결되고,
상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 활성면 사이에, 혹은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공된 반도체 소자.
18. The method of claim 17,
The upper wiring is provided on the upper insulating film,
The penetrating electrode is further connected to the upper wiring through the interlayer insulating film and the upper wiring,
Wherein the air gap is provided between the inactive surface and the active surface, or between the inactive surface and the top wiring.
제17항에 있어서,
상기 상부배선은 상기 활성면 상에 제공되고,
상기 관통전극은 상기 기판을 관통하여 상기 상부배선과 연결되고,
상기 에어 갭은 상기 비활성면과 상기 상부배선 사이에 제공된 반도체 소자.
18. The method of claim 17,
The upper wiring is provided on the active surface,
The penetrating electrode is connected to the upper wiring through the substrate,
And the air gap is provided between the inactive surface and the upper wiring.
상면과 그 반대면인 하면을 포함하는 기판을 제공하고;
상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 상기 기판을 부분적으로 관통하는 관통전극을 형성하고;
상기 하면을 리세스하여 상기 관통전극의 일부를 노출시키는 상기 기판의 비활성면을 정의하고;
상기 관통전극을 둘러싸며, 상기 관통전극을 상기 기판으로부터 이격시키는 트렌치를 형성하고;
상기 비활성면을 덮는 하부절연막을 형성하고; 그리고\
상기 트렌치의 내부에 상기 하부절연막으로 둘러싸인 에어 갭을 형성하는 것을;포함하되,
상기 관통전극을 형성하는 것은:
상기 기판에 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 연장된 홀을 형성하고;
상기 홀의 내벽을 따라 연장된 절연성 라이너막과 희생막을 형성하고; 그리고
상기 절연성 라이너막 및 희생막을 덮으며 상기 홀을 채우는 도전막을 형성하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
Providing a substrate comprising an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
Forming a penetrating electrode partially penetrating the substrate from the upper surface toward the lower surface;
Defining an inactive surface of the substrate that recesses the bottom surface to expose a portion of the through electrode;
Forming a trench that surrounds the penetrating electrode and separates the penetrating electrode from the substrate;
Forming a lower insulating film covering the inactive surface; And\
Forming an air gap surrounded by the lower insulating film in the trench,
The penetrating electrode is formed by:
Forming a hole in the substrate extending from the upper surface toward the lower surface;
Forming an insulating liner film and a sacrificial film extending along the inner wall of the hole; And
And forming a conductive film covering the insulating liner film and the sacrificial film to fill the hole.
상면과 그 반대면인 하면을 포함하는 기판을 제공하고;
상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 상기 기판을 부분적으로 관통하는 관통전극을 형성하고;
상기 하면을 리세스하여 상기 관통전극의 일부를 노출시키는 상기 기판의 비활성면을 정의하고;
상기 관통전극을 둘러싸며, 상기 관통전극을 상기 기판으로부터 이격시키는 트렌치를 형성하고;
상기 비활성면을 덮는 하부절연막을 형성하고; 그리고\
상기 트렌치의 내부에 상기 하부절연막으로 둘러싸인 에어 갭을 형성하는 것을;포함하되,
상기 관통전극을 형성하는 것은:
상기 기판에 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 연장된 홀을 형성하고;
상기 홀의 내벽을 따라 연장된 절연성 라이너막과 희생막을 형성하고; 그리고
상기 절연성 라이너막 및 희생막을 덮으며 상기 홀을 채우는 도전막을 형성하는 것을;
포함하는 반도체 소자의 제조방법.
Providing a substrate comprising an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface;
Forming a penetrating electrode partially penetrating the substrate from the upper surface toward the lower surface;
Defining an inactive surface of the substrate that recesses the bottom surface to expose a portion of the through electrode;
Forming a trench that surrounds the penetrating electrode and separates the penetrating electrode from the substrate;
Forming a lower insulating film covering the inactive surface; And\
Forming an air gap surrounded by the lower insulating film in the trench,
The penetrating electrode is formed by:
Forming a hole in the substrate extending from the upper surface toward the lower surface;
Forming an insulating liner film and a sacrificial film extending along the inner wall of the hole; And
Forming a conductive film covering the insulating liner film and the sacrificial film and filling the holes;
Wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
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